 今天主要来介绍我们常见的一个电子元器件--光耦！话不多说，直接开干。目录 o 概述 o 光耦的关键参数 o 光耦的分类 o 光耦的工作原理 o 光耦的电路结构 o 光耦的实战电路分析 o 光耦的其它应用 1 概述 光耦在我们电路设计中是一种比较常见的隔离电子元器件，可以实现信号从一个电路传递到另外一个电路。  光耦主要的特点： o 光耦对于信号的传输具有单向性，使得输入信号不会输出信号造成影响，提高的系统的抗干扰能力以及稳定性。 o 光耦的使用寿命较长，摆脱了机械式触点有吸合次数的限制。 2 光耦的关键参数 以EL357N-G为例： 最大工作电压 内部光电三极管所能允许的最大电压，工作范围必须小于该值，否则可能会导致电子器件损坏。详细见下表：  最大工作电流 内部光电三极管所能允许的最大电流，工作范围必须小于该值，否则可能会导致电子器件损坏，包括Vceo和Veco两个参数。详细见下表：  电流传输比 是指光耦输入电流与输出电流的比值，通常以百分比表示。详细见下表：  上升时间、下降时间 分别表示输出信号上升沿和下降沿的时间。详细见下表：  上升沿和下降沿的图解：  绝缘电阻 表示输出与输出的绝缘性能，通常能达到兆欧姆（MΩ）或千欧姆（KΩ）级别。详细见下表：  工作温度范围 是指光耦能正常工作的温度要求。详细见下表：  3 光耦的分类 根据输入与输出的关系，光耦可分为两类：线性光耦、非线性光耦。 线性光耦 线性光耦一般应用在模拟电路中，主要特点是输出与输入呈线性关系，且输入电流越大，输出电流也越大。符号见下图：  非线性光耦 非线性光耦一般应用在数字电路中，仅能输出开关信号。符号见下图：  4 光耦的工作原理 当LED发出光并且光照射到光电传感器（光电二极管、光电晶体管、PhotoTriac）上时，光电传感器开始流动电流。在这个系统中，输入端与输出端的电流成正比。  当给LED供电时，LED发光，光线落在光电晶体管的基极上，光落在光电晶体管的基极上后，将被激活，并且可以控制与晶体管相连的输出电路。  5 光耦的电路结构 同向信号输出 输入信号为高电平时，输出信号也为高电平。  反向信号输出 输入信号为高电平时，输出信号也为低电平。  6 光耦的实战电路分析 光耦电路见下 ：  传送速率 光耦隔离的首要作用是输入侧与输出侧电气隔离，传送开关电压信号，电压信号传送频率有多少，我们设计最慢要求是多少，就确定的我们所使用的光耦的带宽。 在这里我们只讨论慢速的信号，如继电器触点信号的输出。说是慢速信号那么我们需要定义一个多少慢的信号，我常常定义在1KHZ的通过率（很多伺服上有定义也说其通过的信号），为什么呢，因为我们CPU处理往往是以1ms做为时间基准，很多信号本身如果响应满足1ms也达到设计目的。 因此我们设计输入时，需要将RC的滤波时间系数设计要小于此点（R2需要并联电容）RC=1/2PI*F（如上可以），如果上R2并联电容可以选择为220nF电容。 输出电阻 o 光耦允许的最大电流。抗干扰，越大越好，但大了功耗变大，封装变大，目前我设计小于8mA。（常用1~10k电阻，0603封装，这样子所允许的电流8~2.5mA）。 o 光耦特性。光耦输出电流与电压特性可等效成一个可变电阻（光敏三极管实际上相当于一个电阻）。以下是PS2501的特性图。  从上图可以看到，不同IF电流是对应不同的IC-VCE的曲线，如果我们希望输出的开通电流在1mA以上。则IF为1mA的曲线（实际中IF电流可以小于0.5mA不导通）需要设置成不能导通。一般输出侧接74HC14或MCU，如是STM32的IO电压 在1.2V以下。为了保证输出侧无效，则侧输电流需要在1.8mA以上，电阻计算有如下：R3=(3.3-VCE)/ICE，如果ICE=1mA,则用R3=(3.3-1)/1.8=1.27K。可以选择1K。如果是IF = 0.5mA不导通，上图可以加以估计。R3大约在4.7K左右。 输入侧电阻 我们以IF=1mA不导通为例子，通常PS2501我们设计导通电流在8mA(5~10mA)为额定区间，则R1=(24-VF)/8=(24-1.2)/8=2.85K(注意温度的影响)。可以选择3.3K电阻  光耦并联电阻 o 并联电阻作用有多种，可以在对光耦进行反向保护，因为光藕反向时（5~6V）可反向导通，如果反向电压继续升高，器件会损坏。无论是何种都会造成功能失效（刚反向时，光耦会导通）。 o 但这个电阻不能太小，如果太小，则电流基本上都在电阻上流过而在光耦上没有流过，如果是保护光耦建议加反向二极管进行保护。 o 另外最重要作用是利用分流，使其在供电电压不足时分流，从而使光耦尽快关断。上面分板时，电流IF小于1mA时,就不能导通了，此时需要电压为V=1mA*3.3K+1.2V=4.35,则无论是何种原理，如供电不足、系统一个开关接多个设备的输入，每个设备如果是多电源或电源回路连接不可靠，会造成电压的反向供电，造成在相关光耦输入脚上产生电压，如果超过4.35V则会导通。 o 当然为了更加可靠，通过会在光耦输入侧加入一个稳压管电压5~12V，根据实际供电情况选择，这样可以使输入光耦回路更加可靠。 总结 o R1的选择可根据实际光耦的工作电流进行计算（如果需要可靠性高，选择CTR低的光耦）。 o R2需要根据反向电压以及需要分流电流进行计算，以提高可靠性。 o R3的选择需要注意我们选择的光耦不导通IF电流进行计算，另外需要考虑封装、可靠性问题（电流大越可靠，这也是为什么光耦输出脚接缓冲器74HC14整形后再输出，HC14输出电流能力要大于一个串电阻的形式）。 7 光耦的其它应用 开关直流电路的光耦合器电路分析：o 当S1闭合时，LED发光，三极管导通，VOUT输出低电平。 o 当S1断开时，LED熄灭，三极管截止，VOUT输出高电平。  开关直流电路的光耦合器
o 当S1闭合时，LED发光，三极管导通，VOUT输出低电平。 |
