光電耦合器是一種把電子信號轉(zhuǎn)換成為光學(xué)信號，然后又回復(fù)電子信號的半導(dǎo)體器件。當(dāng)電流移向電耦合器的輸入面光學(xué)信號由發(fā)光二極管輸出 。輸出面的光學(xué)感應(yīng)器察覺之，同時(shí)電流移動。
光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個(gè)密閉的管殼內(nèi)，然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端，而把光接收器的管腳作為輸出端。當(dāng)在輸入端加電信號時(shí)，發(fā)光器件發(fā)光。這樣，光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。從而實(shí)現(xiàn)了以“光”為媒介的電信號傳輸，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。這樣就構(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導(dǎo)體電子器件。光電耦合器的封裝形式一般有管形、雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接三種。
光電耦合的主要特點(diǎn)如下：
●輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10 10Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達(dá)到10kV以上。
●由于“光”傳輸?shù)膯蜗蛐裕孕盘枏墓庠磫蜗騻鬏數(shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號也不會影響輸入端。
●由于發(fā)光器件(砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅(qū)動性器件，而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。
●容易和邏輯電路配合。
●響應(yīng)速度快。光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在微秒甚至毫微秒極。
●無觸點(diǎn)、壽命長、體積小、耐沖擊。
光電耦合器的發(fā)展現(xiàn)狀
日本光電耦合器的市場雖不太大，但卻以40%的年增長率增大，其主要原因是每一個(gè)程序控制器里都要用到20～30個(gè)甚至更多的光電耦合器。現(xiàn)在，光電耦合器已顯示出一種朝大容量和高速度方向發(fā)展的明顯趨勢。美、日兩國生產(chǎn)的光電耦合器以紅外發(fā)光二極管和光敏器件管組成的器件為主，該類器件大約占整個(gè)美、日兩國生產(chǎn)的全部光電耦合器的60%左右。因?yàn)檫@種類型的器件不僅電流傳輸效率高(一般為7～30%)，而且響應(yīng)速度比較快(2～5μs)，因而能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場合要求。日本橫河電機(jī)公司用GaAsP紅外發(fā)光二極管作輸入端，PIN光電二極管作接收端制成的三種高速光電耦合器的絕緣電壓都在3000伏以上，其中5082—43610型超高速數(shù)字光電耦合器和5082—4361型高共模抑制型光電耦合器的響應(yīng)速度均可達(dá)到10Mb/s，它們的電流傳輸效率高達(dá)60%以上。美國莫托羅拉公司生產(chǎn)的4N25、4N26、4N27型光電耦合器屬于三極管輸出型光電耦合器[2]，這種光電耦合器具有很高的輸入、輸出絕緣性能，其頻率響應(yīng)可達(dá)300kHz，而開關(guān)時(shí)間只有幾微秒。
在日本電氣公司(NEC)生產(chǎn)的高速光電耦合器中，PS2101型光電耦合器是一種通用的四腳扁平組件，它采用砷鋁鎵紅外發(fā)光二極管和硅光電晶體管組合而成，并將其封裝4×4.4×2立方毫米的體積之內(nèi)，其響應(yīng)速度為10μs。而PS2041和PS2042型光電耦合器則是將砷鋁鎵發(fā)光二極管和光電晶體管集成在同一襯底上的六腳封裝組件，它們的大小為7.08×7.6×3.5立方毫米，響應(yīng)時(shí)間為0.3μs。
近幾年來，國內(nèi)有關(guān)單位投入大量人力物力也研究和開發(fā)了各種光電耦合器件。如上海半導(dǎo)體器件八廠、上海無線電十七廠等。而重慶光電技術(shù)研究所為了適應(yīng)市場需要研制出了一種由高速響應(yīng)發(fā)光器件和邏輯輸出型光接收放大器組成的厚膜集成雙路高速高增益電耦合器。這種光電耦合器的輸入端由兩只GaAIAs側(cè)面發(fā)光管組成，其輸出端由兩只Si—PIN光電探測器以及兩個(gè)高速高增益線性放大電路組成。圖2所示為其原理電路圖，除此之外，重慶光電技術(shù)研究所還研制出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號光電耦合器、GG2060I型高壓脈沖測量光電耦合器、GH1204U型高壓光傳輸光電耦合器以及 GH1201Y型和GOHQ-I型光電耦合器等。