2024年5月22日 |Andrew Chen

今天我們將介紹什么是光耦合器，將其名稱分解為易于理解的內容，并提供一些非常適合光耦合器應用的項目示例。讓我們直接深入吧！

光耦合器，有時稱為光隔離器或光電耦合器，是一種主要由兩個內部隔室組成的電氣元件；一部分是發光的 LED，另一部分是光電晶體管，當 LED 亮起時，光電晶體管就會打開。

這是 KiCad 軟件上光耦合器的簡單圖，完美演示了其功能。一端的引腳 1 和 2 直接連接到 LED，另一端的引腳 3 和 4 連接到光電晶體管。無光時晶體管截止；然而，當有電流流過引腳 1 至 2 時，從 LED 發出的光能夠閉合光電晶體管，從而形成閉合電路，以便任何電流都可以從引腳 3 至 4 流過。本質上，光耦合器是非常簡單，這就是他們的名字“光隔離器”的由來，因為這兩端彼此電氣隔離。

人們考慮在項目中使用光耦合器的原因有多種；使用光耦合器的最簡單的原因是電路板中使用兩個獨立的電源。在更常見的情況下，光耦合器還可用于隔離數字接口、微處理器輸入/輸出切換，并在某些情況下消除信號中的電噪聲。

然而，在電路設計中應用光耦合器時需要記住一些注意事項。

• 由于帶寬有限，光耦合器在高頻應用中通常性能較差。檢查特定光耦合器的規格并確保速度合適（最常見的速度是 1 Mbps，盡管某些光耦合器的速度為 10 或 15 Mbps。）
• 隨著時間的推移，由于其內部 LED 和光電晶體管長期使用，光耦合器的功能可能會降低。頻繁使用還會降低 LED 的性能，這意味著必須更換 LED。
• 由于 LED 亮起足以打開光電晶體管所需的時間，光耦合器會出現延遲時間作為其隔離成本。在高頻應用中，這可能是一個大問題。

現在我們將討論光耦合器在電流隔離中的應用，以改進 SPI（串行外設接口）協議。由于擔心電噪聲（來自非差分對線的阻抗），使用光耦合器可以隔離電線，而不會影響信號的干擾信號。

對于那些可能不熟悉 SPI 是什么的人來說，由于 SPI 協議的缺點，這將是一個非常好的應用程序。解釋一下，SPI 是一種非差分對通信協議，經常用于從一個設備（主設備）到另一個設備（從設備）傳輸數據。非差分對方面也非常重要：將數據傳輸到另一個設備時，一個巨大的問題是信號的完整性，因為它會長距離傳輸或面臨來自外部影響的阻抗。

SPI是一種非常簡單的通信協議，這使得它很容易實現，但對于長距離通信來說卻很難保存。光耦合器可以確保對線路進行電流隔離，以便此類電流感應的磁波不會影響與其相鄰的任何其他線路。這種類型的電路有時被非正式地稱為 SPI 隔離器電路或簡稱為 SPIsolator 電路。這只是光耦合器應用的一個具體示例；然而，工程師通常可以根據他們想要構建的具體情況和財務限制自行選擇大量其他選項。

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審核編輯 黃宇