光電耦合器和光電晶體管本質(zhì)上的區(qū)別!

二極管光耦合器采用led作為光源，硅光電二極管作為傳感器。當(dāng)光電二極管與外部電壓源反向偏置時，入射光會增加流過二極管的反向電流。二極管本身不產(chǎn)生能量，它調(diào)節(jié)來自外部源的能量流。這種工作模式稱為光導(dǎo)模式?；蛘?，在沒有外部偏壓的情況下，二極管將光能轉(zhuǎn)換成電能，方法是將其端子充電到高達(dá)0.7V的電壓。充電率與入射光的強(qiáng)度成正比。能量通過外部高阻抗路徑排出電荷而獲得;電流傳輸比可達(dá)到0.2%。這種操作模式稱為光伏模式。

最快的光隔離器采用光導(dǎo)模式的PIN二極管。PIN二極管的響應(yīng)時間在亞納秒范圍內(nèi);整個系統(tǒng)的速度受到LED輸出和偏置電路延遲的限制。為了減少這些延遲，快速數(shù)字光隔離器包含他們自己的LED驅(qū)動器和輸出放大器優(yōu)化速度。這些設(shè)備被稱為全邏輯光隔離器：它們的LED和傳感器完全封裝在數(shù)字邏輯電路中。配備內(nèi)部輸出放大器的Hewlett-Packard6N137/HPCL2601系列設(shè)備于20世紀(jì)70年代末推出，并達(dá)到10MBd的數(shù)據(jù)傳輸速度。77/07系列光隔離器包含CMOSLED驅(qū)動器和CMOS緩沖放大器，需要兩個獨立的外部電源，每個5V。

光電二極管光隔離器可以用來連接模擬信號，盡管它們的非線性總是會使信號失真。一種特殊的模擬光隔離器使用兩個光電二極管和一個輸入端運算放大器來補(bǔ)償二極管的非線性。兩個相同的二極管中的一個被連接到放大器的反饋回路中，這使得整個電流傳輸比保持在恒定水平，而不管第二個(輸出)二極管的非線性。

建議的配置由兩個不同的部分組成。其中一個傳輸信號，另一個建立負(fù)反饋，以確保輸出信號與輸入信號具有相同的特性。這種提議的模擬隔離器在輸入電壓和頻率的廣泛范圍內(nèi)是線性的。然而，使用這一原理的線性光耦合器已經(jīng)存在多年，例如IL300系列。

圍繞MOSFET光耦開關(guān)構(gòu)建的固態(tài)繼電器通常使用光電二極管光隔離器來驅(qū)動開關(guān)。MOSFET的柵極開啟所需的總電荷相對較小，穩(wěn)態(tài)時的漏電流很低。光生伏打模式的光電二極體可以在相當(dāng)短的時間內(nèi)產(chǎn)生開啟電荷，但其輸出電壓比MOSFET的閾值電壓低很多倍。為了達(dá)到所需的閾值，固態(tài)繼電器包含多達(dá)30個串聯(lián)的光電二極管。

光電晶體管本質(zhì)上比光電二極管慢。例如，最慢但仍很常見的4N35光電隔離器在100歐姆負(fù)載下的上升和下降時間為5μs，其帶寬被限制在10千赫茲左右-足以用于腦電圖或脈沖寬度電機(jī)控制。1983年原始樂器數(shù)字接口規(guī)范中推薦的PC-900或6N138之類的設(shè)備，其數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到數(shù)十kBaud。光電晶體管必須適當(dāng)?shù)仄煤图虞d，以達(dá)到其最大速度，例如，4N28在最佳偏置下的最高工作頻率為50kHz，而在沒有偏置的情況下則低于4kHz。

使用晶體管光電隔離器進(jìn)行設(shè)計需要寬裕的余量，以使可在市售設(shè)備中找到的參數(shù)有較大的波動。這種波動可能是破壞性的，例如，當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋回路中的光隔離器改變其傳遞函數(shù)并引起虛假振蕩時，或當(dāng)光隔離器意外延遲導(dǎo)致短路時通過H橋的一側(cè)。制造商的數(shù)據(jù)表通常只列出最壞情況的關(guān)鍵參數(shù)值。實際設(shè)備以不可預(yù)測的方式超過了這些最壞情況的估計。使用場效應(yīng)晶體管(FET)作為傳感器的光電隔離器很少見，像vactrol一樣，只要FET輸出端兩端的電壓不超過幾百mV，就可以用作遙控模擬電位器。光電FET開啟時不會在輸出電路中注入開關(guān)電荷，這在采樣和保持電路中特別有用。