光電耦合器是一種由發光器件和光敏器件組合構成的通用光電器件。它以光為媒介，完成電—光~電信號的變換及傳輸，把輸入信號耦合到輸出端。該器件具有體積小、無機械觸頭、抗干擾能力強、工作壽命長、輸入及輸出之間絕緣、能傳輸模擬信號及數字信號的特點，廣泛地用予隔離電路、開關電路、電源電路、邏輯電路、電平轉換電路、過流保護電路等。為滿足各種電路不同的輸入、輸出性能要求，光電耦合器有不同的結構及特性，并形成系列，供用戶選擇。例如，其輸人信號可以是直流或交流，其輸出部分可以接不同的工作電壓及輸出不同的電流，它可以滿足不同速度傳輸信號的要求等。光電耦合器種類繁多，目前極大多數的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發光二極管，輸出部分采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發可控硅。這是因為峰值波長900～940nm的砷化鎵紅外發光二極管能與硅光電器件的響應峰值波長相吻合，可獲得較高的信號傳輸效率。

一、光耦的結構

光耦的內部結構（剖面）如圖1所示。光耦輸入部分大都是紅外發光二極管，輸出部分有不同的光敏器件，如圖2所示。

圖1光耦的內部結構（剖面）

圖2光耦的結構示意圖

這里要說明的是，圖2（c）的輸入部分有兩個背對背的紅外發光二極管，它用于交流輸入的場合；圖2（d）采用達林頓輸出結構，它可使輸出獲得較大的電流；圖2（e）、2（f）的輸出由光觸發雙向可控硅組成，它們主要用來驅動交流負載。圖2（e）與圖2（f）的差別是圖2（f）有過零觸發控制（圖中的“ZC”即“過零”的意思），而圖2（e）沒有過零觸發控制電路。由于輸入側與輸出側之間存在分布電容，以及輸出器件的結電容，它在高頓時對傳輸信號有影響。采用硅光電二極管的最高工作頻率可達1MHz（TLP112）﹔面用硅光電點極管的最高工作頻率要低一些，為500kHz；采用達林頓的則更低（約1kHz）。

二、基本電路

光耦的基本電路如圖3所示。圖3（a）的負載電阻RL接在發射極及地之間，圖3（b）的負載電阻RL接在電源Vdd與集電極之間。

圖3光耦的基本電路

在圖3（a）中，輸入端加上VCC電壓，經限流電阻Rin后，有一定的電流IF流經紅外發光二極管，IF與Vcc、發光二極管的正向壓降VF及Rin的關系為：IF=（Vcc-VF）/Rin。式中的VF取1.3V。IF的最大值由資料給出（一般工作時IF≤10mA）。

發光二極管發光后，光電三極管導通，集電極電流IC由Vdd經光電三極管流過RL到地，使輸出電壓Vout=Ic×RL（或Vout=Vdd-VCE，VCE為光電三極管的管壓降）。圖3（b）的工作原理與圖3（a）相同，不再重復。圖3中輸入、輸出也可用各自的地。從圖3（a）可以看出；輸入端不加Vcc電壓，輸出端Vout=0V，輸入端加了Vcc電壓，負載得電，這個功能相當于“繼電器”。如果在輸入端加幅值為5V的脈沖（如圖4所示），輸出端Vdd=12V，RL=10kΩ，則輸出的脈沖幅值接近12V，從這功一能來看，相當于“變壓器”；若輸入電壓從0躍變到+5V，輸出則從0躍變到接近12V，它又可用作電平轉換。

圖4光耦應用之電平轉換

三、特點及應用范圍

光耦的主要特點：輸入與輸出之間絕緣（絕緣電壓可達數千伏）；信號傳輸為單方向，輸出信號不會對輸入信號有影響；能傳輸模擬信號也可傳輸數字信號；抗干擾能力強；體積小、壽命長；由于無觸頭，因此抗振性強。近年來由于生產工藝改進，SMT的發展，開發出性能更好、尺寸更小的貼片式光耦，它由DIP6管腳封裝改進成4管腳封裝，不僅改小尺寸，并且減小了干擾，如圖5所示，但有一些公司其管腳仍按6管腳排列。頂面有圓圈者為第1管腳。

圖5光耦引腳示意圖

由于該類器件有上述特點，它主要應用于隔離電路、開關電路、邏輯電路、信號長線傳輸、線性放大電路、隔離反饋電路、控制電路及電平轉換電路等。

四、光耦主要參數

本文介紹NEC公司及TOSHIBA公司生產的一些常用的貼片式光耦及其主要參數。主要參數如圖6所示。

圖6光耦主要參數

這里要說明一下電流傳輸比（CTR）這個參數的意義。CTR是CurrentTransferRatio的縮寫。它是在一定工作條件下（IF及VCE），光耦的輸出電流Ic與輸入電流IF的比值，一般用百分比表示，其值低的從幾到幾十，高的從幾十到幾百，達林頓輸出型可達上千。CTR大，則在同樣的IF下，輸出電流Ic大，驅動負載的能力也強（或者說IF較小可獲得大的Ic）。

這里順便指出，當用光電耦合器作交流信號傳輸時，必須考慮它的頻率特性。采用GaAs發光二極管及硅光電三極管的光耦，其最高工作頻率約為500kHz；其響應時間小于10μs。

在使用時要注意的紅外發光二極管的反壓VR一般是很低的，有的VR僅3V。因此在使用時輸入端不能接反，防止紅外發光二極管因反壓過高而擊穿（可在1腳、3腳接一個反向二極管來保護，如圖4所示）。

五、光耦的簡易測量方法

光電三極管輸出的光耦是應用最廣泛的，若頂面印刷字跡或圓點看不清楚，可采用指針式三用表來測量，確認哪個管腳是1腳，并且也可簡易測出光耦的好壞。

圖7光耦測量示意圖

由于它是一個二極管及一個三極管c、e極組成的，所以用R×1k擋來測量是十分方便的。只要測出一個二極管：黑表筆接二極管的陽極，紅表筆接二極管的陰極，其阻值約30kΩ，則黑表筆端即1腳。如圖7所示，其它三種測量都應是R=∞（表筆不動）。若光電三極管的測量電阻不是∞，則此光耦不能用。