光耦市場調(diào)查報告

光耦市場調(diào)查匯報光耦合器（opticalcoupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳播電信號的器件，一般把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳播信號等長處，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應用。

光耦-工作原理:耦合器以光為媒介傳播電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，因此，它在多種電路中得到廣泛的應用。并且它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分構(gòu)成：光的發(fā)射、光的接受及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接受而產(chǎn)生光電流，再通過深入放大后輸出。這就完畢了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳播具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模克制能力。因此，它在長線傳播信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增長計算機工作的可靠性。

光耦-構(gòu)造特點光電耦合的重要特點如下：

1.輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都不小于10

10Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以到達10kV以上。

2.由于“光”傳播的單向性，因此信號從光源單向傳播到光接受器時不會出現(xiàn)反饋現(xiàn)象，其輸出信號也不會影響輸入端。

3.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?？酥票群艽螅虼?，光電耦合器件可以很好地克制干擾并消除噪音。

4.輕易和邏輯電路配合。

5.響應速度快。光電耦合器件的時間常數(shù)一般在微秒甚至毫微秒極。

6.無觸點、壽命長、體積小、耐沖擊。

光耦-性能特點光耦合器的重要長處是單向傳播信號，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳播效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、級間隔離、開關(guān)電路、遠距離信號傳播、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機接口中。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導體二極管發(fā)光；由于光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很小（約幾種pF）因此能制止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會成比例地產(chǎn)生一種用于深入控制下一級的電路的電壓。線性光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成，當發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級管導通，光電耦合器是電流驅(qū)動型，需要足夠大的電流才能使發(fā)光二極管導通，假如輸入信號太小，發(fā)光二極管不會導通，其輸出信號將失真。在開關(guān)電源，尤其是數(shù)字開關(guān)電源中，運用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)整控制端電流來變化占空比，到達精密穩(wěn)壓目的。

光耦-技術(shù)參數(shù)

光耦合器的技術(shù)參數(shù)重要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳播比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳播數(shù)字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數(shù)。

電流傳播比是光耦合器的重要參數(shù)，一般用直流電流傳播比來表達。當輸出電壓保持恒定期，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的比例。

使用光電耦合器重要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計電路時，必須遵照下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國內(nèi)和國際的有關(guān)隔離擊穿電壓的原則；由英國埃索柯姆(Isocom)企業(yè)、美國摩托羅拉企業(yè)生產(chǎn)的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，在國內(nèi)應用地十分普遍。鑒于此類光耦合器展現(xiàn)開關(guān)特性,其線性度差，合適傳播數(shù)字信號(高、低電平)，可以用于單片機的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。光耦-型號參數(shù)

PartNumberIFT(mA)maxVTM(V)maxDM(V)mindv/dt(V/us)minIDRM1(nA)maxVISOACRMSMOC303115325010001005.3kVMOC303210325010001005.3kVMOC30335325010001005.3kVMOC304115340010001005.3kVMOC304210340010001005.3kVMOC30435340010001005.3kVMOC30611536006005005.3kVMOC30621036006005005.3kVMOC3063536006005005.3kVMOC30811538006005005.3kVMOC30821038006005005.3kVMOC3083538006005005.3kVMOC316210360010001005.3kVMOC31635360010001005.3kV

光耦-產(chǎn)品作用

對輸入、輸出電信號起隔離作用，光耦合器一般由三部分構(gòu)成：光的發(fā)射、光的接受及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接受而產(chǎn)生光電流，再通過深入放大后輸出。這就完畢了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳播具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模克制能力。光耦-使用原則

1、光耦合器的電流傳播比(CTR)的容許范圍是50%～200%。這是由于當CTR＜50%時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF＞5.0mA)，才能正?？刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比，這會增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在啟動電路或者當負載發(fā)生突變時，有也許將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。

2、若用放大器電路去驅(qū)動光電耦合器，必須精心設(shè)計，保證它可以賠償耦合器的溫度不穩(wěn)定性和漂移。

3、推薦采用線性光耦合器，其特點是CTR值可以在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。

上述使用的光電耦合器時工作在線性方式下，在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會成比例地產(chǎn)生一種用于深入控制下一級電路的電壓，是單片機進行閉環(huán)調(diào)整控制，對電源輸出起到穩(wěn)壓的作用。

為了徹底阻斷干擾信號進入系統(tǒng)，不僅信號通路要隔離，并且輸入或輸出電路與系統(tǒng)的電源也要隔離，即這些電路分別使用互相獨立的隔離電源。對于共模干擾，采用隔離技術(shù)，即運用變壓器或線性光電耦合器，將輸入地與輸出地斷開，使干擾沒有回路而被克制。在開關(guān)電源中，光電耦合器是一種是非重要的外圍器件，設(shè)計者可以充足的運用它的輸入輸出隔離作用對單片機進行抗干擾設(shè)計，并對變換器進行閉環(huán)穩(wěn)壓調(diào)整。

光耦-重要種類由于光電耦合器的品種和類型非常多，在光電子DATA手冊中，其型號超過上千種，一般可以按如下措施進行分類：

(1)按光途徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測器）和內(nèi)光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。

(2)按輸出形式分，可分為：

a、光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。

b、NPN三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型，互補輸出型等。

c、達林頓三極管輸出型，其中包括交流輸入型，直流輸入型。

d、邏輯門電路輸出型，其中包括門電路輸出型，施密特觸發(fā)輸出型，三態(tài)門電路輸出型等。

e、低導通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級）。

f、光開關(guān)輸出型（導通電阻小余10Ω）。

g、功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。

(3)按封裝形式分，可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳播型等。

(4)按傳播信號分，可分為數(shù)字型光電耦合器（OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源型等）。

(5)按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型）。

(6)按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

(7)按隔離特性分，可分為一般隔離光電耦合器（一般光學膠灌封低于5000V，空封低于V）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。

(8)按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）和高電源電壓型光電耦合器（一般不小于30V）。光耦-隔離

光耦隔離就是采用光耦合器進行隔離，光耦合器的構(gòu)造相稱于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳播了信號，又有隔離作用。只要光耦合器質(zhì)量好，電路參數(shù)設(shè)計合理，一般故障少見。假如系統(tǒng)中出現(xiàn)異常，使輸入、輸出兩側(cè)的電位差超過光耦合器所能承受的電壓，就會使之被擊穿損壞。

可以認為是一種發(fā)光二極管和一種光電二極管或三極管封裝到一起?？梢詫崿F(xiàn)信號的完全電氣隔離。在信號采集系統(tǒng)中廣泛采用。

光耦是通電使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏二極管接受光導通的器件。其好處輸入和輸出是隔離的，就象變壓器同樣。6N137和6N138是光耦8腳IC，詳細參數(shù)搜索一下即可光偶隔離器的缺陷是尺寸太大。

光耦-工作特性1、共?？酥票群芨?/p>

在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）因此共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模克制比很高。

2、輸出特性

光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與一般晶體三極管輸出特性相似。

3、光電耦合器可作為線性耦合器使用

在發(fā)光二極管上提供一種偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接受到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳播脈沖信號。在傳播脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不一樣構(gòu)造的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。光耦-實用技巧

光耦以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強的特點。對于既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分的工業(yè)應用測控系統(tǒng)，采用光耦隔離可以很好地實現(xiàn)弱電和強電的隔離，到達抗干擾目的。不過，使用光耦隔離需要考慮如下幾種問題：

①光耦直接用于隔離傳播模擬量時，要考慮光耦的非線性問題；

②光耦隔離傳播數(shù)字量時，要考慮光耦的響應速度問題；

③假如輸出有功率規(guī)定的話，還得考慮光耦的功率接口設(shè)計問題。

1：光電耦合器非線性的克服

光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管，因此，它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來表達；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性。由此可見，光電耦合器存在著非線性工作區(qū)域，直接用來傳播模擬量時精度較差。

處理措施之一，運用2個具有相似非線性傳播特性的光電耦合器，T1和T2，以及2個射極跟隨器A1和A2構(gòu)成。假如T1和T2是同型號同批次的光電耦合器，可以認為他們的非線性傳播特性是完全一致的，即K1(I1)=K2(I1)，則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可見，運用T1和T2電流傳播特性的對稱性，運用反饋原理，可以很好的賠償他們本來的非線性。

另一種模擬量傳播的處理措施，就是采用VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)方式。現(xiàn)場變送器輸出模擬量信號(假設(shè)電壓信號)，電壓頻率轉(zhuǎn)換器將變送器送來的電壓信號轉(zhuǎn)換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機側(cè)，通過一種頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時，相稱于光耦隔離的是數(shù)字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、簡樸易行的模擬量傳播方式。

當然，也可以選擇線性光耦進行設(shè)計，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價格比一般光耦高，不過使用以便，設(shè)計簡樸；伴隨器件價格的下降，使用線性光耦將是趨勢。

2：提高光電耦合器的傳播速度

當采用光耦隔離數(shù)字信號進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，光電耦合器的傳播特性，即傳播速度，往往成為系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳播速率的決定原因。在許多總線式構(gòu)造的工業(yè)測控系統(tǒng)中，為了防止各模塊之間的互相干擾，同步不減少通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實現(xiàn)模塊之間的互相隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。不過，高速光耦價格比較高，導致設(shè)計成本提高。這里簡介兩種措施來提高一般光耦的開關(guān)速度。

由于光耦自身存在的分布電容，對傳播速度導致影響，光敏三極管內(nèi)部存在著分布電容Cbe和Cce。由于光耦的電流傳播比較低，其集電極負載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。不過，負載電阻又不適宜過大，負載電阻RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳播延時也越長。

用2只光電耦合器T1，T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關(guān)速度。當脈沖上升為“1”電平時，T1截止，T2導通。相反，當脈沖為“0”電平時，T1導通，T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個光電耦合器的頻率特性。

此外，在光敏三極管的光敏基極上增長正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關(guān)速度。通過增長一種晶體管，四個電阻和一種電容，試驗證明，這個電路可以將光耦的最大數(shù)據(jù)傳播速率提高10倍左右。

3：光耦的功率接口設(shè)計微機測控系統(tǒng)中，常常要用到功率接口電路，以便于驅(qū)動多種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、多種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業(yè)自動化妝置正常運行的關(guān)鍵。

就抗干擾設(shè)計而言，諸多場所下，既能采用光電耦合器隔離驅(qū)動，也能采用繼電器隔離驅(qū)動。一般狀況下，對于那些響應速度規(guī)定不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設(shè)計功率接口；對于響應時間規(guī)定很快的控制系統(tǒng)，采用光電耦合器進行功率接口電路設(shè)計。這是由于繼電器的響應延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間一般都在10us之內(nèi)，同步采用新型、集成度高、使用以便的光電耦合器進行功率驅(qū)動接口電路設(shè)計，可以到達簡化電路設(shè)計，減少散熱的目的。

對于交流負載，可以采用光電可控硅驅(qū)動器進行隔離驅(qū)動設(shè)計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅(qū)動器，特點是耐壓高，驅(qū)動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅(qū)動。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發(fā)功率雙向可控硅。當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電雙向可控硅驅(qū)動器，例如MOC3010。光耦-產(chǎn)品檢測

1、用萬用表判斷好壞，斷開輸入端電源，用R×1k檔測1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)整RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，闡明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導致發(fā)射管擊穿。

2、簡易測試電路，當接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，LED會發(fā)光，調(diào)整RP、LED的發(fā)光強度會發(fā)生變化，闡明被測光電耦合器是好的。光耦-應用場所

由于光耦種類繁多，構(gòu)造獨特，長處突出，因而其應用十分廣泛，重要應用如下場所：

(1)在邏輯電路上的應用

光電耦合器可以構(gòu)成多種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠。

(2)作為固體開關(guān)應用

在開關(guān)電路中，往往規(guī)定控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很輕易實現(xiàn)。

(3)在觸發(fā)電路上的應用

將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地處理輸出與負載隔離地問題。

(4)在脈沖放大電路中的應用

光電耦合器應用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號進行放大。

(5)在線性電路上的應用

線性光電耦合器應用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。

(6)特殊場所的應用

光電耦合器還可應用于高壓控制，取代變壓器，替代觸點繼電器以及用于A/D電路等多種場所。光耦-發(fā)展現(xiàn)實狀況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，其重要原因是每一種程序控制器里都要用到20～30個甚至更多的光電耦合器。目前，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構(gòu)成的器件為主，該類器件大概占整個美、日兩國生產(chǎn)的所有光電耦合器的60%左右。由于這種類型的器件不僅電流傳播效率高（一般為7～30%），并且響應速度比較快（2～5μs），因而可以滿足大多數(shù)應用場所規(guī)定。日本橫河電機企業(yè)用GaAsP紅外發(fā)光二極管作輸入端，PIN光電二極管作接受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?？酥菩凸怆婑詈掀鞯捻憫俣染傻竭_10Mb/s，它們的電流傳播效率高達60%以上。美國莫托羅拉企業(yè)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，其頻率響應可達300kHz，而開關(guān)時間只有幾微秒。

在日本電氣企業(yè)（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，響應時間為0.3μs。

中國國內(nèi)有關(guān)單位投入大量人力物力也研究和開發(fā)了多種光電耦合器件。如上海半導體器件八廠、上海無線電十七廠等。而重慶光電技術(shù)研究所為了適應市場需要研制出了一種由高速響應發(fā)光器件和邏輯輸出型光接受放大器構(gòu)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)光管構(gòu)成，其輸出端由兩只Si—PIN光電探測器以及兩個高速高增