光耦合器,光耦合器工作原理是什么?

光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（LED），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。

光耦合器的性能

光耦合器傳輸的信號可以為數字信號，也可以為模擬信號，只是對器件要求不同，故選擇時應針對輸入信號選擇相應的光電耦合器。模擬信號所用光耦常稱為線性光耦，光電耦合器在傳輸信號的原理上與隔離變壓器相同，但它體積小，傳輸信號的頻率高，使用方便，光電耦合器一般采用DIP封裝。

用于傳遞模擬信號的光耦合器的發光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩定，抗干擾能力強。發光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf左右）、耐壓高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻小（約10Ω），對高內阻源的噪聲相當于被短接。因此，由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優良的電氣性能。

事實上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實現電隔離。然而，這類放大電路的工作穩定性較差，無實用價值。究其原因主要有兩點：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發射極電流傳輸系數β和集電極反向飽和電流ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此，在實際應用中，除應選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實現模擬信號隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態的影響。

從光耦合器的轉移特性與溫度的關系可以看出，若使光耦合器構成的模擬隔離電路穩定實用，則應盡量消除暗電流（ICBO）的影響，以提高線性度，做到靜態工作點IFQ隨溫度的變化而自動調整，以使輸出信號保持對稱性，使輸入信號的動態范圍隨溫度變化而自動變化，以抵消β值隨溫度變化的影響，保證電路工作狀態的穩定性。

光耦合器的類型

光耦合器有管式、雙列直插式和光導纖維式等封培育形式，其種類達數十種。光耦合器的種類達數十種，主要有通用型（又分無基極引線和基極引線兩種）、達林頓型、施密特型、高速型、光集成電路、光纖維、光敏晶閘管型（又分單向晶閘管、雙向晶閘管）、光敏場效應管型。此外還有雙通道式（內部有兩套對管）、高增益型、交-直流輸入型等等。國外生產廠家有英國ISOCOM公司等，國內廠家的蘇州半導體總廠等。

光耦合器的主要優點

信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發展起來產新型器件，現已廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。

光耦合器的BGA封裝

光耦合器的一項普遍應用是專用調制解調器，允許電腦與電話線連接，且消除電氣瞬變引起的風險或損害。光耦合器除提供高度電氣絕緣外，還可提高差模信號與共模信號的比率。

DIP廣泛用于集成電路的封裝，也用于常規的光耦合器（如圖1所示）。廠家通常制造具有4、6、8或16接腳的各種型式DIP封裝光耦合器。

圖1 常規DIP光耦合器封裝

不過，P-DIP光耦合器的封裝可以進一步改進，例如，光耦合器封裝需要昂貴和費時的過成型(overmolding)處理。在這個處理過程中，成型化合物灌封光耦合器封裝的其它部分。除過成型工藝本身外，還需要采取成型材料清除工藝(例如除廢物和除閃爍工藝)除掉多余的成型化合物，這就增加了光耦合器封裝的時間和費用。

此外，廠家還需要投入較多的資金，用于成型不同"外形尺寸"封裝(如4、6或8接腳封裝)的工具，因此，如果能夠省去過成型工藝，就可減少制造光耦合器封裝的相關時間和成本。此外，DIP光耦合器封裝并不能很好地以表面附著方式安裝到PCB板上-必須重整引腳以便進行表面安裝回流焊，這常常存在引起微小裂縫的危險，影響組件的可靠性。更進一步地，對于其它組件使用薄型表面安裝的封裝形式，如TSSOP或TQFT器件的用戶來說，這樣重整后的DIP封裝的高度仍存在問題。

光耦合器BGA2的設計特性可解決這些問題，它是高度不超過1.20mm，占位面積小于現有的PDIP外形尺寸的低側高小型表面安裝組件。光耦合器BGA封裝（如圖2所示）不需要灌封材料(成型化合物)，而且它的制造工具與封裝的外形尺寸無關。其設計也可改善封裝在熱循環等加速測試中的可靠性能。采用無鉛焊球可構建完全無鉛的封裝。

（3）對于無基極引線的通用型及達林頓型光耦合器，本方法不再適用。建議采用測電流傳輸比CTR的方法加以區分。