“光發射器-光接收器”這一對長期以來一直用於電子和電氣工程。接收器和發射器位於同一個外殼中並且它們之間存在光通信的電子元件稱為光耦合器或光耦合器。
光電設計
Optron由光發射器（發射器）、光通道和光接收器組成。光發射器將電信號轉換為光信號。大多數情況下的發射器是 LED（早期型號使用白熾燈或霓虹燈）。 LED 的使用是無原則的，但它們更耐用、更可靠。
光信號通過光通道傳輸到接收器。通道可以關閉 - 當發射器發出的光沒有超出光耦合器的主體時。然後接收器產生的信號與發射器輸入的信號同步。這些通道可以充氣或填充特殊的光學化合物。還有“長”光耦合器，其中通道是 光纖.
如果光耦合器的設計使產生的輻射在到達接收器之前離開外殼，則稱為開放通道。它可用於檢測光束路徑中的障礙物。
光電探測器將光信號轉換回電信號。最常用的接收器有：
- 光電二極管。通常用於數字通信線路。它們有一個小的線性部分。
- 光敏電阻。它們的特點是接收器的雙嚮導電性。通過電阻器的電流可以朝任一方向流動。
- 光電晶體管。這種器件的一個特點是能夠控制通過光晶體管和輸出電路的晶體管電流。它們用於線性和數字模式。另一種類型的光耦合器是具有並聯開關的場效應晶體管的光耦合器。這些設備被稱為 固態繼電器.
- 光晶閘管。這種光耦合器的特點是輸出功率和開關速度增加，便於控制電力電子元件。這些器件也屬於固態繼電器的範疇。
光耦合器微電路——在一個封裝中帶有光耦合器佈線的光耦合器組件——已經變得普遍。這種光耦合器用作開關設備和其他用途。
的優點和缺點
光學設備的第一個優點是沒有機械部件。這意味著在運行過程中不會像機電繼電器那樣發生摩擦、磨損和火花觸點。與其他用於信號電流隔離的設備（變壓器等）不同，光耦合器可以在非常低的頻率下工作，包括直流電。
此外，光隔離器的優點是輸入和輸出之間的電容和電感耦合非常低。這降低了脈沖和高頻干擾的傳輸概率。輸入和輸出之間沒有機械和電氣耦合，為創建非接觸控制和開關電路提供了多種技術解決方案。
儘管實際設計在輸入和輸出的電壓和電流方面受到限制，但增加這些特性沒有基本的理論障礙。這允許構建光耦合器以適應幾乎任何應用。
光耦合器的缺點包括單向信號傳輸 - 您無法將光信號從光電探測器傳輸回發射器。這使得很難組織反饋迴路來匹配接收器電路對發射器信號的響應。
接收部分的響應不僅可以通過改變發射機輻射來影響，還可以通過影響通道的狀態（異物的出現、通道介質的光學特性的變化等）來影響。這種影響可以是非電的。這擴大了使用光耦合器的可能性。對外部電磁場不敏感，可讓您創建具有高抗噪性的數據通道。
光電管的主要缺點包括與信號雙重轉換中的信號損失相關的低能效。也被認為是一個缺點是高固有噪聲水平。這降低了光耦合器的靈敏度並限制了它們在需要弱信號的應用。
使用光耦合器時，有必要考慮溫度對其參數的影響——這很重要。此外，光耦合器的缺點包括在操作過程中元件的顯著退化以及與在一個封裝中使用不同的半導體材料相關的生產技術的某種缺乏。
光耦合器特性
光耦參數分為兩類：
- 表徵設備的特性以傳輸信號；
- 表徵輸入和輸出之間的解耦。
第一類是電流傳遞係數。它取決於 LED 的發射率、接收器的靈敏度和光通道的特性。該係數等於輸出電流與輸入電流的比值，對於大多數類型的光耦合器來說是 0.005 ... 0.2。晶體管元件的傳遞係數高達 1。
如果我們將光耦合器視為四極，其輸入特性完全由電壓表（LED）決定，而輸出特性則由接收器特性決定。輸入特性一般是非線性的，但某些類型的光耦合器具有線性部分。例如，一個好的線性度有一個二極管光耦的WAV的一部分，但是這部分不是很大。
電阻元件還通過暗電阻（在輸入電流為零時）與光電阻的比率來評估。對於晶閘管光耦合器，一個重要特性是開路狀態下的最小保持電流。最高工作頻率也是光耦合器的一個重要特性。
電流隔離質量的特點是：
- 施加到輸入和輸出的最大電壓；
- 輸入和輸出之間的最大電壓；
- 輸入和輸出之間的絕緣電阻；
- 吞吐電容。
最後一個參數表徵電高頻信號通過電極之間的電容繞過光通道從輸入洩漏到輸出的能力。
有一些參數可以確定輸入電路的能力：
- 可施加到輸入引線的最大電壓；
- LED可以處理的最大電流；
- 額定電流下 LED 兩端的電壓降；
- 反向輸入電壓 - LED 可以處理的反向極性電壓。
對於輸出電路，這些特性將是允許的最高電流和電壓輸出，以及零輸入電流時的漏電流。
光耦合器的應用
具有封閉通道的光耦合器用於由於某種原因（電氣安全等）需要在信號源和接收器之間進行去耦的情況。例如，在反饋電路中 開關電源 - 信號取自 PSU 的輸出，饋送到發光元件，其亮度取決於電壓電平。取決於輸出電壓的信號從接收器獲取並饋送到 PWM 控制器。
帶有兩個光耦合器的計算機 PSU 的示意圖如圖所示。上部光耦合器 IC2 產生穩壓反饋。下部 IC3 在分立模式下工作，並在存在待機電壓時為 PWM IC 供電。
一些標準電氣接口也要求源和接收器之間的電流隔離。
具有開放通道的設備用於創建用於檢測任何物體的傳感器（打印機中是否存在紙張）、限位開關、計數器（傳送帶上的物體、鼠標操縱器中的齒輪齒數）等。
固態繼電器的使用方式與傳統繼電器相同 - 用於切換信號。但它們的擴散受到開放狀態下通道的高阻力的限制。它們還用作固態電力電子元件（大功率場效應或 IGBT 晶體管）的驅動器。
optron 是在半個多世紀前開發的，但它的廣泛使用是在 LED 變得可用且價格低廉之後開始的。現在所有新型號的光耦合器（主要是基於它們的芯片）都在開發中，其應用領域只是在擴大。
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