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”weimeijiededianxinhaochuanshu，erqijiandeshuruheshuchuliangduanzaidianqishangshijueyuande。zheyangjiugouchengleyizhongzhongjiantongguoguangchuanshuxinhaodexinxingbandaotidianziqijian。guangdianouheqidefengzhuangxingshiyibanyouguanxing、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）是shi阻zu抗kang電dian流liu驅qu動dong性xing器qi件jian
，而er噪zao音yin是shi一yi種zhong高gao內nei阻zu微wei電dian流liu電dian壓ya信xin號hao。因yin此ci光guang電dian耦ou合he器qi件jian的de共gong模mo抑yi製zhi比bi很hen大da
，所suo以yi，光guang電dian耦ou合he器qi件jian可ke以yi很hen好hao地di抑yi製zhi幹gan擾rao並bing消xiao除chu噪zao音yin。

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
guangdianouheqishiyizhongjiangfaguangerjiguanheguangminsanjiguanzuzhuangzaiyiqidexinyingguangdianqijian，tacaiyongguangxinhaolaichuandixinxi，congershidianludeshuruyudianqishangchuyuwanquangelidezhuangtai，zhezhongxinxichuandifangshishisuoyoucaiyongbianyaqihejidianqizuogelilaijinxingxinhaochuandideyibanjiejuefangansuobunengxiangbide。youyuguangdianouheqijuyoukedanxiangchuandixinxi
、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wei20%，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～VD4zuchengjixingzhuanhuandianlu。youyuzaijiangbenbaoanqijierudianhuaxianluzhongshi，buxuyaofenqingdianhuaxianlufankuidianyadejixing，yinci，shiyonggaibaoanqikeyigeianzhuangdailaihendadefangbian。
　　
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xiaSB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）和he產chan品pin性xing能neng的de逐zhu步bu提ti高gao，光guang電dian耦ou合he器qi的de應ying用yong市shi場chang將jiang日ri益yi擴kuo大da
，同tong時shi
，其qi社she會hui交jiao流liu和he經jing濟ji交jiao流liu也ye一yi定ding會hui十shi分fen顯xian著zhu。今jin後hou
，光guang電dian耦ou合he器qi將jiang向xiang高gao速su化hua

、高性能，小體積，輕重量的方向發展。