光耦隔離電路基本原理及注意事項

一般控制電路的電壓都是低電壓，但外接的設備往往是比較復雜的，電壓較高，且帶有較大干擾，所以通常不管是在輸入端還是輸出端，都需要加一些隔離電路，防止外界的尖峰脈沖信號毀壞控制電路，例如本文主要總結的光耦隔離電路。光耦隔離電路主要利用發光二極管和光電三極管的組合，實現電信號的隔離。

1 發光二極管

發光二極管由于內部材料不同，能發出不同顏色的光，例如紅色、藍色、綠色等，正因為這些發光二極管的內部材料不同，也就導致了不同顏色的二極管從性能指標上來看，也有一些細小的差別，例如開啟電壓不同等。

發光二極管也具有單向導電性，只有當外加的正向電壓使得正向電流足夠大時才發光，而且，正向電流越大，發出的光越強。與普通二極管不同的是，發光二極管的開啟電壓較大一些。

2 光電二極管

PN結具有光敏特性，光電二極管充分利用這一點，將光能轉化為電能，在沒有光照時，光電二極管和普通二極管沒什么區別：具有單向導電性，外加正向電壓時，電流與端電壓成指數關系，外加反向電壓時，產生反向電流，也稱為暗電流;

當有光照的情況下，外加反向電壓時，產生的電流稱為光電流，光電流受光的入射照度控制，光照越強，光電流越大。

3 光電三極管

光電三極管依照光照的強度來控制集電極電流的大小，其功能可以等效為一個光電二極管與一只晶體管的組合，如下圖所示：

沒有光照時，集電極電流稱為暗電流(比光電二極管的暗電流要大)，有光照時，集電極電流稱為光電流。

4 光耦隔離

光耦隔離電路就是利用上述所講的發光二極管和光電三極管結合，通過電-光，光-電的轉換，使輸入和輸出之間沒有電信號的直接連接，從而起到電路隔離，屏蔽干擾的作用。光耦隔離器有多種方式，下圖是一個示意圖，

在我們使用光耦隔離器隔離電路時，應當注意以下幾點：

4.1 輸入電流： 正如前文所述，當外加的正向電壓產生的正向電流足夠大時，發光二極管才能發出光照，若輸入的電流不夠，發光二極管有可能沒有發出光照，或者發出的光照強度不夠，導致輸出的信號不正確;

4.2 反向電壓： 設計電路時，應該考慮光耦隔離器的最大反向電壓，以免燒壞電路;

4.3 反應速度：由于光耦隔離電路存在著一定的反應時間，當輸入端的電流變化時，輸出端往往會有一段反應時間，如下圖所示，這個反應時間的存在往往會導致輸出信號的差異，尤其是我們要輸出的是一路方波信號時，就要考慮這個反應時間會不會影響輸出的波形產生重大的畸變。

在B站看過我視頻的朋友應該見過下面這個圖，這里只簡單說明一下，不再贅述了，當輸出一路PWM信號時，光耦隔離電路的反應時間就會對產生的PWM波形產生一定的影響，當影響太大，波形出現嚴重畸變時，我們就要考慮在隔離電路之后加一級整形處理，或者采用別的隔離方式。

除了上面所述的幾個性能需要注意以外，還有一些其他因素也需要考慮，例如溫度(光敏晶體管往往受溫度的影響較大)，隔離器所能承受的最大電流，最大集電極功耗等參數，有些可能要根據不同的控制電路做出相應的調整，達到我們想要的隔離效果。