中心議題：

• 介紹光電耦合器的結構特點及其原理
• 分析光電耦合器的發展現狀及其典型應用

解決方案：

• 光電耦合器可被用作固體繼電器
• 可用光電耦合器代替音頻變壓器
• 光電耦合器的優點是抗幹擾能力強
  
  、輸入輸出之間電絕緣，單向傳輸信號及邏輯電路易連接等
• 利用光電耦合器構成與門
  、或門等邏輯電路以及隔離固體開關電路、差分放大電路等多種電路

隨著半導體技術和光電子學的發展，一種能有效地隔離噪音和抑製幹擾的新型半導體器件——光電耦合器於1966年問世了。
 

光電耦合器的優點是體積小、壽命長
、無觸點、抗幹擾能力強
、能隔離噪音、工作溫度寬
，輸入輸出之間電絕緣
，單向傳輸信號及邏輯電路易連接等。光電耦合器按光接收器件可分為有矽光敏器件（光敏二極管、雪崩型光敏二極管、PIN光敏二極管
、光敏三極管等）、光(guang)敏(min)可(ke)控(kong)矽(gui)和(he)光(guang)敏(min)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)。把(ba)不(bu)同(tong)的(de)發(fa)光(guang)器(qi)件(jian)和(he)各(ge)種(zhong)光(guang)接(jie)收(shou)器(qi)組(zu)合(he)起(qi)來(lai)，就(jiu)可(ke)構(gou)成(cheng)幾(ji)百(bai)個(ge)品(pin)種(zhong)係(xi)列(lie)的(de)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)
，因(yin)而(er)

，該(gai)器(qi)件(jian)已(yi)成(cheng)為(wei)一(yi)類(lei)獨(du)特(te)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)。其(qi)中(zhong)光(guang)敏(min)二(er)極(ji)管(guan)加(jia)放(fang)大(da)器(qi)類(lei)的(de)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)隨(sui)著(zhe)近(jin)年(nian)來(lai)信(xin)息(xi)處(chu)理(li)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)、高速化以及儀器的係統化和網絡化的發展，其需求量不斷增加。

光電耦合器的結構特點
光guang電dian耦ou合he器qi的de主zhu要yao結jie構gou是shi把ba發fa光guang器qi件jian和he光guang接jie收shou器qi件jian組zu裝zhuang在zai一yi個ge密mi閉bi的de管guan殼ke內nei
，然ran後hou利li用yong發fa光guang器qi件jian的de管guan腳jiao作zuo輸shu入ru端duan，而er把ba光guang接jie收shou器qi的de管guan腳jiao作zuo為wei輸shu出chu端duan。當dang在zai輸shu入ru端duan加jia電dian信xin號hao時shi，發fa光guang器qi件jian發fa光guang。這zhe樣yang，光guang接jie收shou器qi件jian由you於yu光guang敏min效xiao應ying而er在zai光guang照zhao後hou產chan生sheng光guang電dian流liu並bing由you輸shu出chu端duan輸shu出chu。從cong而er實shi現xian了le以yi“光”為(wei)媒(mei)介(jie)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)，而(er)器(qi)件(jian)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)兩(liang)端(duan)在(zai)電(dian)氣(qi)上(shang)是(shi)絕(jue)緣(yuan)的(de)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)構(gou)成(cheng)了(le)一(yi)種(zhong)中(zhong)間(jian)通(tong)過(guo)光(guang)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)的(de)新(xin)型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)。光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)封(feng)裝(zhuang)形(xing)式(shi)一(yi)般(ban)有(you)管(guan)形(xing)、雙列直插式和光導纖維連接三種。圖1是三種係列的光電耦合器電路圖。
　　
光電耦合的主要特點如下：
輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大於10 10Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上。

由於“光”傳輸的單向性
，所以信號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出信號也不會影響輸入端。
 

由於發光器件（砷化镓紅外二極管）shizukangdianliuqudongxingqijian，erzaoyinshiyizhonggaoneizuweidianliudianyaxinhao。yinciguangdianouheqijiandegongmoyizhibihenda
，suoyi
，guangdianouheqijiankeyihenhaodiyizhiganraobingxiaochuzaoyin。

容易和邏輯電路配合。

響應速度快。光電耦合器件的時間常數通常在微秒甚至毫微秒極。

無觸點、壽命長

、體積小、耐衝擊。

光電耦合器的發展現狀
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程序控製器裏都要用到20～30個甚至更多的光電耦合器。現在
，光電耦合器已顯示出一種朝大容量和高速度方向發展的明顯趨勢。美、日兩國生產的光電耦合器以紅外發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美、日兩國生產的全部光電耦合器的60%左右。因為這種類型的器件不僅電流傳輸效率高（一般為7～30%），而且響應速度比較快（2～5μs），因而能夠滿足大多數應用場合要求。日本橫河電機公司用GaAsP紅外發光二極管作輸入端，PIN光電二極管作接收端製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型超高速數字光電耦合器和5082—4361型高共模抑製型光電耦合器的響應速度均可達到10Mb/s
，它們的電流傳輸效率高達60%以上。美國莫托羅拉公司生產的4N25、4N26、4N27型光電耦合器屬於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



，其頻率響應可達300kHz，而開關時間隻有幾微秒。

在日本電氣公司（NEC）生產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，它采用砷鋁镓紅外發光二極管和矽光電晶體管組合而成，並將其封裝4×4.4×2立方毫米的體積之內，其響應速度為10μs。而PS2041和PS2042型光電耦合器則是將砷鋁镓發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，響應時間為0.3μs。
近幾年來，國內有關單位投入大量人力物力也研究和開發了各種光電耦合器件。如上海半導體器件八廠、上(shang)海(hai)無(wu)線(xian)電(dian)十(shi)七(qi)廠(chang)等(deng)。而(er)重(zhong)慶(qing)光(guang)電(dian)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)所(suo)為(wei)了(le)適(shi)應(ying)市(shi)場(chang)需(xu)要(yao)研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)由(you)高(gao)速(su)響(xiang)應(ying)發(fa)光(guang)器(qi)件(jian)和(he)邏(luo)輯(ji)輸(shu)出(chu)型(xing)光(guang)接(jie)收(shou)放(fang)大(da)器(qi)組(zu)成(cheng)的(de)厚(hou)膜(mo)集(ji)成(cheng)雙(shuang)路(lu)高(gao)速(su)高(gao)增(zeng)益(yi)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)。這(zhe)種(zhong)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)由(you)兩(liang)隻(zhi)GaAIAs側麵發光管組成，其輸出端由兩隻Si—PIN光電探測器以及兩個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，重慶光電技術研究所還研製出了高速高壓光電耦合器、GG2150I型射頻信號光電耦合器、GG2060I型高壓脈衝測量光電耦合器、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。

典型應用
用作固體繼電器
光guang電dian耦ou合he器qi是shi一yi種zhong將jiang發fa光guang二er極ji管guan和he光guang敏min三san極ji管guan組zu裝zhuang在zai一yi起qi的de新xin穎ying光guang電dian器qi件jian
，它ta采cai用yong光guang信xin號hao來lai傳chuan遞di信xin息xi，從cong而er使shi電dian路lu的de輸shu入ru與yu電dian氣qi上shang處chu於yu完wan全quan隔ge離li的de狀zhuang態tai，這zhe種zhong信xin息xi傳chuan遞di方fang式shi是shi所suo有you采cai用yong變bian壓ya器qi和he繼ji電dian器qi作zuo隔ge離li來lai進jin行xing信xin號hao傳chuan遞di的de一yi般ban解jie決jue方fang案an所suo不bu能neng相xiang比bi的de。由you於yu光guang電dian耦ou合he器qi具ju有you可ke單dan向xiang傳chuan遞di信xin息xi、通頻帶寬、寄生反饋小

、消噪能力強、抗電磁幹擾性能好等特點，因而無論在數字電路還是在模擬電路中均得到了越來越廣泛的應用。

采用光電耦合器作固體繼電器具有體積小、耦合密切、驅動功率小
、動作速度快、工作溫度範圍寬等優點。圖3所示是一個光電耦合器用作固體繼電器的實際電路圖，它的左半部分電路可用於將輸入的電信號Vi變成光電耦合器內發光二極管發光的光信號；而(er)右(you)半(ban)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)則(ze)通(tong)過(guo)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)內(nei)的(de)光(guang)敏(min)三(san)極(ji)管(guan)再(zai)將(jiang)光(guang)信(xin)號(hao)還(hai)原(yuan)成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao)
，所(suo)以(yi)這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)好(hao)的(de)電(dian)光(guang)與(yu)光(guang)電(dian)聯(lian)合(he)轉(zhuan)換(huan)器(qi)件(jian)。圖(tu)中(zhong)所(suo)用(yong)的(de)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)傳(chuan)輸(shu)比(bi)為(wei)20%
，耐壓為150V，驅動電流在8～20mA之(zhi)間(jian)。在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)，由(you)於(yu)它(ta)沒(mei)有(you)一(yi)般(ban)電(dian)磁(ci)繼(ji)電(dian)器(qi)常(chang)見(jian)的(de)實(shi)際(ji)接(jie)點(dian)
，因(yin)此(ci)不(bu)存(cun)在(zai)接(jie)觸(chu)不(bu)良(liang)和(he)燃(ran)弧(hu)打(da)火(huo)等(deng)現(xian)象(xiang)，也(ye)不(bu)會(hui)因(yin)受(shou)外(wai)力(li)或(huo)機(ji)械(xie)衝(chong)擊(ji)而(er)引(yin)起(qi)誤(wu)動(dong)作(zuo)。所(suo)以(yi)，它(ta)的(de)性(xing)能(neng)比(bi)較(jiao)可(ke)靠(kao)
，工(gong)作(zuo)十(shi)分(fen)穩(wen)定(ding)。
 

光電耦合器在電話保安裝置中應用
為了防止電話線路被並機竊用或電話機被盜用通話，可以利用光電耦合器來設計一個簡單實用的電話保安電路
，其實隔電路如圖4所示。圖中，由VD1～VD4組zu成cheng極ji性xing轉zhuan換huan電dian路lu。由you於yu在zai將jiang本ben保bao安an器qi接jie入ru電dian話hua線xian路lu中zhong時shi，不bu需xu要yao分fen清qing電dian話hua線xian路lu反fan饋kui電dian壓ya的de極ji性xing，因yin此ci，使shi用yong該gai保bao安an器qi可ke以yi給gei安an裝zhuang帶dai來lai很hen大da的de方fang便bian。
　　
平時在掛機狀態下，線路中的48V或60V饋電壓（交換機型號不同時

，該饋電壓也有所不同），經VD1～VD4整流、R2限流、齊納二極管VD穩壓後
，使 IC的輸入端發光管點亮
，導致IC輸出端的受光器件轉為導通狀態而使晶體管V呈截止狀態，繼電器K不工作，控製線路中的觸點K-1斷開

，R1不接入電話線路中，電路處在正常的監控狀態。同時K-2也處在斷開位置，電子報警蜂鳴器不發聲。
　　
一旦有並機竊用或電話機被盜用時，線路中的饋電電壓下降到6～10V，由於該6～100V的電壓經VD1～VD4整流後不能使VD擊穿，因此將不能亮IC輸入端的發光管，這將使輸出端由導通轉為截止而使阻值呈現無窮大，進而使V的基極通過電阻R3獲得基流而導通，繼電器吸合使K-1觸點閉合，電阻R1被bei並bing接jie到dao電dian話hua線xian路lu中zhong而er使shi線xian路lu中zhong的de電dian壓ya進jin一yi步bu下xia降jiang到dao期qi伏fu以yi下xia，使shi電dian話hua不bu能neng被bei並bing機ji竊qie用yong，同tong時shi電dian話hua機ji因yin電dian壓ya不bu正zheng常chang而er不bu能neng工gong作zuo，從cong而er起qi到dao了le防fang止zhi電dian話hua線xian路lu被bei並bing機ji竊qie用yong或huo電dian話hua機ji被bei盜dao用yong的de目mu的de。與yu此ci同tong時shi，K-2閉(bi)合(he)，接(jie)通(tong)電(dian)子(zi)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)電(dian)源(yuan)
，使(shi)之(zhi)發(fa)出(chu)報(bao)警(jing)聲(sheng)。並(bing)將(jiang)電(dian)子(zi)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)外(wai)殼(ke)上(shang)的(de)兩(liang)個(ge)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)點(dian)亮(liang)發(fa)光(guang)。如(ru)果(guo)電(dian)話(hua)戶(hu)主(zhu)接(jie)打(da)電(dian)話(hua)，隻(zhi)需(xu)按(an)一(yi)下(xia)SB使其斷開，即切斷保安器的供電電源即可。

該電話保安器的IC可選用4N25、4N36等型號的光電耦合器。繼電器K可選用工作電壓為直流6伏的JRX—12F等型號的繼電器。為縮小機殼體積，電池可選用6伏疊層電池。SB為常閉型按紐開關。B可選擇FMQ—27型、FMQ—35型電子蜂鳴器


，其餘參數均可按圖中標注來選用。
　　
用光電耦合器代替音頻變壓器

在zai線xian性xing電dian路lu中zhong，兩liang級ji放fang大da器qi之zhi間jian常chang用yong音yin頻pin變bian壓ya器qi作zuo耦ou合he。這zhe種zhong耦ou合he的de缺que點dian是shi會hui在zai變bian壓ya器qi鐵tie芯xin片pian中zhong損sun耗hao掉diao一yi部bu分fen功gong率lv
，並bing可ke能neng造zao成cheng某mou些xie失shi真zhen。而er如ru果guo選xuan用yong光guang電dian耦ou合he器qi來lai代dai替ti音yin頻pin變bian壓ya器qi就jiu可ke以yi克ke服fu上shang述shu這zhe些xie缺que點dian。
　　
目前

，利用光電耦合器代替音頻變壓器的應用電路有多種形式，圖5所示是比較實用的一種。當輸入信號Vi經三極管BG1、BG2前級放大之後，驅動光電耦合器左邊的LED發光
，並被右邊的光敏管全部吸收並轉換成電信號
，此信號經後級電路BG3放大，並由該管的發射極通過電容器C3後輸出一個不失真的放大信號 V0。youyugaidianlujiangqianhouliangjifangdaqizhijianwanquangeli，yinerdujueledihuanlukenengyinqideganrao。tongshiyouyugaidianluhaijuyouxiaozaogongneng，yincibimianlexinhaodeshizhen。zhenggedianludezongzengyikewangdadao20dB以上，帶寬約120kHz。
　　
另外，利用光電耦合器還可以構成與門
、或門
、與非門等邏輯電路，以及隔離固體開關電路、雙穩壓電路，斬波器和差分放大電路等多種電路。
　　
結論
光guang電dian耦ou合he器qi在zai多duo種zhong電dian子zi設she備bei中zhong的de應ying用yong非fei常chang廣guang泛fan。隨sui著zhe數shu字zi通tong信xin技ji術shu的de迅xun速su發fa展zhan以yi及ji光guang隔ge離li器qi和he固gu體ti繼ji電dian器qi等deng自zi動dong控kong製zhi部bu件jian在zai機ji械xie工gong業ye中zhong應ying用yong的de不bu斷duan擴kuo大da
，特te別bie是shi微wei處chu理li機ji在zai各ge個ge領ling域yu中zhong的de應ying用yong推tui廣guang（有時一台微機上的用量可達十幾個甚至上百個）hechanpinxingnengdezhubutigao，guangdianouheqideyingyongshichangjiangriyikuoda
，tongshi，qishehuijiaoliuhejingjijiaoliuyeyidinghuishifenxianzhu。jinhou，guangdianouheqijiangxianggaosuhua、高性能
，小體積
，輕重量的方向發展。