光耦合器：其類型和在DC/AC電路中的各種應用

介紹
光耦合器是一種在兩個隔離電路之間傳輸電信號的電子元件。光耦合器也稱為光隔離器、光電耦合器或光隔離器。
光耦合器通常用于電路，尤其是低電壓或高噪聲敏感電路，用于隔離電路，以防止電氣碰撞機會或排除不需要的噪聲。在目前的商業市場上，我們可以購買具有10kV至20kV輸入到輸出耐壓能力的光耦合器，規格為25kV/uS電壓瞬變。

光耦合器

這是光耦合器的內部結構。在左側引腳1和引腳2上裸露，它是一個LED（發光二極管），LED向右側的光敏晶體管發射紅外光。光電晶體管通過其集電極和發射極切換輸出電路，與典型的BJT晶體管相同。LED的強度直接控制光電晶體管。

由于LED可以由不同的電路控制，而光電晶體管可以控制不同的電路，因此兩個獨立的電路可以由光耦合器控制。此外，在光電晶體管和紅外LED之間，空間是透明和非導電材料;它對兩個不同的電路進行電氣隔離。LED和光電晶體管之間的中空空間可以使用玻璃，空氣或透明塑料制成，電氣隔離度要高得多，通常為10kV或更高。

光耦合器內部結構

光耦合器的類型

市場上有許多不同類型的光耦合器，具體取決于其需求和開關能力。根據用途的不同，主要有四種類型的光耦合器可供選擇。

1.使用光電晶體管的光耦合器。

2.使用光電達林頓晶體管的光耦合器。

3.使用光電TRIAC的光耦合器。

4.使用光片SCR的光耦合器。

光電晶體管光耦合器

在上圖中，內部結構顯示在光電晶體管光耦合器內部。晶體管類型可以是任何東西，無論是PNP還是NPN。

光電晶體管可以分為兩種類型，具體取決于輸出引腳的可用性。在左邊的第二個圖像上，有一個額外的引腳輸出，它與晶體管的基極內部連接。該引腳6用于控制光電晶體管的靈敏度。通常，引腳用于使用高阻值電阻器與地或負極連接。在這種配置中，可以有效控制由噪聲或電氣瞬變引起的誤觸發。

此外，在使用基于光電晶體管的光耦合器之前，用戶必須知道晶體管的最大額定值。PC816、PC817、LTV817、K847PH是少數廣泛使用的基于光電晶體管的光耦合器。照片–基于晶體管的光耦合器用于直流電路相關隔離。

光電達林頓晶體管光耦合器

在上圖中有兩種類型的符號，顯示了基于Photo-Darlington的光耦合器的內部結構。

達林頓晶體管是兩個晶體管對，其中一個晶體管控制另一個晶體管基極。在這種配置中，達林頓晶體管提供高增益能力。像往常一樣，LED發射紅外LED并控制這對晶體管的基極。

這種類型的光耦合器也用于直流電路相關領域的隔離。內部連接到晶體管基極的第6個引腳，用于控制晶體管的靈敏度，如前面的光電晶體管描述中所述。4N32、4N33、H21B1、H21B2、H21B3是少數基于達林頓光耦合器的例子。

光電可控硅光耦合器

在上圖中顯示了內部結構或基于TRIAC的光耦合器。

可控硅主要用于需要交流控制或開關的地方。LED可以使用直流電進行控制，而可控硅則用于控制交流電。這是一個三端雙向可控硅應用程序?；诠怆娍煽毓璧墓怦詈掀魇纠↖L420，4N35等是基于可控硅的光耦合器。

基于光電可控硅的光耦合器

SCR代表可控硅整流器，SCR也稱為晶閘管。在上圖中，顯示了基于Photo-SCR的光耦合器的內部結構。與其他光耦合器一樣，LED發射紅外線。SCR由LED的強度控制?；诠怆奡CR的光耦合器，用于交流相關電路。

基于光電SCR的光耦合器的幾個例子是：-MOC3071，IL400，MOC3072等。

光耦合器的應用

如前所述，很少有光耦合器用于直流電路，很少有光耦合器用于交流相關操作。由于光耦合器不允許兩側之間直接電氣連接，因此光耦合器的主要應用是隔離兩個電路。

從開關其他應用，就像晶體管可用于開關應用一樣，可以使用光耦合器。它可用于各種微控制器相關操作，其中需要來自高壓電路的數字脈沖或模擬信息，光耦合器可用于在兩者之間實現出色的隔離。

光耦合器可用于交流檢測、直流控制相關操作。讓我們看看光電晶體管的幾個應用。

用于開關直流電路的光耦合器：

在上部電路中使用基于光電晶體管的光耦合器電路。它將像典型的晶體管開關一樣工作。在原理圖中，使用了基于光電晶體管的低成本光耦合器PC817。紅外線LED將由S1開關控制。當開關打開時，9V電池電源將通過限流電阻10k向LED提供電流。強度由R1電阻控制。如果我們改變值并使電阻降低，LED的強度將很高，從而使晶體管增益很高。

另一方面，晶體管是由內部紅外LED控制的光電晶體管，當LED發出紅外光時，光電晶體管將接觸，VOUT將為0，關閉連接在其上的負載。需要記住的是，根據數據表，晶體管的集電極電流為50mA。R2提供VOUT5v。R2為上拉電阻。

您可以在下面的視頻中看到使用光耦合器切換LED...

在這種配置中，基于光電晶體管的光耦合器可以與微控制器一起使用，以檢測脈沖或中斷。

用于檢測交流電壓的光耦合器：

圖中顯示了另一個電路來檢測交流電壓。紅外LED由兩個100k電阻控制。使用兩個100k電阻而不是一個200k電阻器是為了在短路相關條件下提供額外的安全性。LED連接在墻上插座線（L）和中性線（N）上。當按下S1時，LED開始發出紅外線。光電晶體管發出響應并將VOUT從5V轉換為0V。

在這種配置中，光耦合器可以連接在低壓電路上，例如需要交流電壓檢測的微控制器單元。輸出將產生方高到低脈沖。

到目前為止，第一個電路用于控制或切換直流電路，第二個電路用于檢測交流電路并控制或切換直流電路。接下來，我們將看到使用直流電路控制交流電路。

用于使用直流電壓控制交流電路的光耦合器：

在上電路中，LED再次由9V電池通過10k電阻和開關的狀態進行控制。另一方面，使用基于光電可控硅的光耦合器，該耦合器從220V交流插座控制交流燈。68R電阻用于控制BT136可控硅，由光耦合器單元內的光電可控硅控制。

這種類型的配置用于控制使用低壓電路的電器。IL420用于上部原理圖，這是一個基于光電可控硅的光耦合器。

除此類電路外，SMPS中還可以使用光耦合器向初級側發送次級側短路或過流情況信息。