第六章光耦合器资料

光电耦合器件简介光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。

光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。

当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。

对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。

若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。

这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。

图一最常用的光电耦合器之部结构图三极管接收型 4脚封装图二光电耦合器之部结构图三极管接收型 6脚封装图三光电耦合器之部结构图双发光二极管输入三极管接收型 4脚封装图四光电耦合器之部结构图可控硅接收型 6脚封装图五光电耦合器之部结构图双二极管接收型 6脚封装光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。

据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。

（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。

因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。

光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。

它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。

当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。

以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。

光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。

输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。

在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。

常用的4N系列光耦属于非线性光耦。

线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。

常用的线性光耦是PC817A—C系列。

开关电源中常用的光耦是线性光耦。

如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。

光电耦合的主要特点如下：1.输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于1010Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。

光耦合器的原理及应用光耦合器是一种能够将光信号从一个波导导向另一个波导的器件。

它是由两个相互靠近的光导层组成，中间被一个非光导层隔开。

光耦合器的原理基于光信号在两个光导层之间的耦合效应。

当光线通过一个光导层时，由于折射率不匹配，一部分光会耦合到另一个光导层中。

1.直接耦合：直接耦合是通过将两个光波导相互靠拢而实现的。

当两个光波导的间距逐渐减小时，光波导之间的耦合效应增强，光信号会从一个光波导传输到另一个光波导。

2.光子耦合：光子耦合是通过一个中间的非光导层实现的。

当光信号通过第一个光波导时，它会耦合到非光导层中，并通过非光导层传输到第二个光波导中。

光子耦合可以通过合理设计非光导层的折射率和厚度来控制。

3.表面插入耦合：表面插入耦合是通过在光波导表面引入一个插入层来实现的。

插入层是一种厚度较大的非光导层，光信号会在插入层和光波导之间反射和散射，从而实现光信号的耦合。

1.光通信：光耦合器可以用于光纤通信系统中，将光信号从一个光纤传输到另一个光纤，实现光信号的分配和复用。

2.光传感：光传感是一种利用光信号检测和测量环境中的物理量或化学量的技术。

光耦合器可以用于将传感器中的光信号从传感器波导耦合到光纤中进行传输，以实现远距离的测量和监测。

3.光路复用：光耦合器可以用于光路复用技术中，将多个光信号从不同的光波导复用到同一个光波导中，从而实现多路复用和集成。

4.光电子集成电路：光电子集成电路是一种将光学器件和电子器件集成在一起的技术。

光耦合器可以用于将光学器件和电子器件连接起来，实现光电子信号的转换和处理。

总结来说，光耦合器是一种非常重要的光学器件，它能够实现光信号的传输、耦合和分配，广泛应用于光通信、光传感、光路复用和光电子集成电路等领域。

随着光纤通信和光学器件技术的不断发展，光耦合器在各个领域中的应用也会越来越广泛。

光耦合器的作用
光耦合器用于数模之间的转换。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透亮绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管其工作原理时：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照耀到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就可以实现电一光一电的转换。

耦合器：在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率安排问题。

实现这一功能的元件称为功率安排元器件即耦合器，主要包括：定向耦合器、功率安排器以及各种微波分支器件。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透亮绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。

1。

第6章光纤通信器件6.2光耦合器光耦合器(Coupler)是能使光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行光功率再分配的器件。

目前，光耦合器已形成一个多功能、多用途的产品系列。

从功能上，可分为光功率分配器和光波长分配（合/分波）耦合器。

从端口形式上，可分为G形(2×2)、P形(1×2)、星形(N×N,N＞2)以及树形(1×N,N＞2）耦合器。

从工作带宽上，可分为单工作窗口的窄带耦合器、单工作窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦合器。

另外，由于传导光模式的不同，又有多模光纤耦合器和单模光纤耦合器之分。

一、耦合机理1．单模光纤耦合器在单模光纤中，传导模是两个正交的基模(HE11模)，耦合器中光场强分布如图所示。

传导模进入熔融锥区，纤心不断变细，V值逐渐减小，有越来越多的光功率进入光纤包层中，实际光功率是在以包层为心、光纤外介质为包层的复合波导中传输的。

在输出端，随着纤心的逐渐变粗，V值增大，光功率被两根纤心以特定比例捕获。

在熔锥区，两根光纤包层合并在一起，两根光纤纤心足够接近，形成弱耦合，如图所示。

假定光功率由一根光纤注入，初始条件为()101=P ,()002=P 。

由此可求得每根光纤中的功率为 ()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛==⎪⎭⎫ ⎝⎛-==z F C F z A z P z F C F z A z P 2222222211sin sin 1 可以看出，经过耦合区后，能量从第1根光纤向第2根光纤发生了转移，转移的能量有多少取决于两根光纤结构的差别、藕合系数和耦合长度显然，2F 代表着光纤之间藕合的最大功率。

当两根光纤相同时，有βββ==21，则1=F 。

定义耦合臂输出的光功率()z P 2与直通臂输入的光功率()01P 之比为耦合比率。

下图就是耦合比率与熔融拉伸长度的关系曲线。

最大耦合比率可以达到100％。

而且，对于不同的波长，耦合比率是不同的。

光电耦合器工作原理详细解说光电耦合器（Photocoupler），也称为光电继电器（Optocoupler），是一种能够将输入信号转换为光信号再转换为输出电信号的器件。

其主要作用是实现不同电路之间的电隔离，以保护电路的安全性和稳定性。

光电耦合器由光电二极管、光敏三极管、输入控制电路和输出控制电路组成。

1.输入控制电路：输入控制电路通常由输入电源和输入电阻组成。

输入电源与光电二极管的阳极相连，通过输入电阻将输入信号与光电二极管的阴极相连。

输入信号为正电平时，输入电流流过光电二极管，使其发生反向饱和。

2.光电二极管：光电二极管是光电耦合器的输入部分，它是一种普通的二极管，但其结构上存在差异。

光电二极管的结构是由两个PN结反向串联构成，其中阴极是p型材料，阳极是n型材料。

当无光照射时，光电二极管的反向电流很小，工作在反向截止区域。

3.光敏三极管：光敏三极管是光电耦合器的输出部分，它常常采用双基结构，包含有一对PNPN结，工作原理类似于可控硅。

光敏三极管的基极由光电二极管输出光信号控制，发射极用于输出电压。

4.输出控制电路：输出控制电路主要由输出电源、负载电阻和输出电压组成。

输出电源与负载电阻并联，负载电阻与发射极连接。

当光敏三极管发射光照射到通常开关型三极管的基极上时，开关型三极管会关闭，电流通过负载电阻产生电压。

当输入控制电路输出为高电平时，输入电流会使光电二极管的阴极处于正向饱和区，此时光电二极管的发光强度最大。

光敏三极管接收到光信号后，基极电流会大幅度增加，从而将输出电路的开关型三极管关闭，电流流过负载电阻产生相应的电压输出。

当输入控制电路输出为低电平时，光电二极管不发出光，光敏三极管的基极电流减小，将导致输出电路中的开关型三极管打开，负载电阻上的电压为0。

总结来说，光电耦合器通过光电二极管将输入电信号转换为光信号，再通过光敏三极管控制输出电路。

这样可以实现输入电路与输出电路之间的电隔离，提高电路稳定性和安全性。

光电耦合器工作原理光电耦合器是一种将光信号转换为电信号的器件，它可以实现光电转换的功能，广泛应用于光通信、光电测量、光电隔离等领域。

本文将详细介绍光电耦合器的工作原理，包括其基本结构、工作方式以及应用场景。

一、光电耦合器的基本结构光电耦合器通常由光源、输入光纤、光电转换器和输出电路等组成。

1. 光源：光源是产生光信号的部分，常见的光源有发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。

光源的选择根据应用需求来确定，不同的光源具有不同的波长和功率特性。

2. 输入光纤：输入光纤用于将光信号传输到光电转换器中，它能够保持光信号的传输质量。

输入光纤通常采用光纤束或单模光纤，以保证光信号的传输稳定性和准确性。

3. 光电转换器：光电转换器是光电耦合器的核心部件，它能够将输入的光信号转换为电信号。

光电转换器一般由光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等器件组成，这些器件能够对光信号进行敏感检测，并将其转化为相应的电信号。

4. 输出电路：输出电路用于接收光电转换器输出的电信号，并进行相应的处理。

输出电路一般包括放大电路、滤波电路、隔离电路等，以满足不同应用场景的需求。

二、光电耦合器的工作方式光电耦合器的工作方式主要分为直接耦合和间接耦合两种。

1. 直接耦合：直接耦合是指光源和光电转换器直接连接在一起，光信号通过光纤传输到光电转换器中进行光电转换。

这种方式具有简单、成本低、结构紧凑等优点，适用于一些对传输距离要求不高的应用场景。

2. 间接耦合：间接耦合是指光源和光电转换器之间通过光纤进行耦合，光信号在光纤中传输到光电转换器进行光电转换。

这种方式具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，适用于一些对传输距离要求较高或环境干扰较大的应用场景。

三、光电耦合器的应用场景光电耦合器具有广泛的应用场景，下面列举几个常见的应用领域。

1. 光通信：光电耦合器在光通信中起到了至关重要的作用。

它可以将光信号转换为电信号，实现光纤通信的传输和接收。

光电耦合器在光纤通信系统中起到了信号传输和隔离的作用，提高了通信的稳定性和可靠性。

光电耦合器工作原理光电耦合器是一种将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号的器件。

它通常由光源、光传输介质、光电转换器和电传输介质等组成。

光电耦合器的工作原理是基于光电效应和电光效应。

光电效应是指当光照射到物质表面时，光子能量被物质吸收，使得物质中的电子被激发并跃迁到更高的能级，从而产生电荷。

电光效应是指当电场作用于某些材料时，会引起材料的折射率发生变化，从而改变光的传播速度和方向。

光电耦合器的工作过程如下：1. 光源发出光信号：光电耦合器通常使用发光二极管（LED）作为光源。

LED 会发出特定波长的光信号，可以根据需要选择不同的LED。

2. 光信号传输：光信号经过光传输介质（如光纤）传输到光电转换器。

光纤具有低损耗、高带宽和抗电磁干扰等优点，能够有效地传输光信号。

3. 光电转换器转换光信号：光电转换器通常由光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管等组成。

当光信号照射到光电转换器上时，光电转换器会将光信号转换为电信号。

4. 电信号传输：电信号经过电传输介质（如导线）传输到接收端。

导线具有良好的导电性能，能够有效地传输电信号。

5. 电信号转换为光信号：接收端的光电转换器将电信号转换为光信号。

这个过程与光电转换器的工作原理相反。

6. 光信号传输：光信号经过光传输介质传输到目标设备。

光传输介质可以是光纤或其他光导材料。

7. 光信号转换为电信号：目标设备的光电转换器将光信号转换为电信号，以供目标设备进行进一步的处理或操作。

光电耦合器的工作原理基于光电效应和电光效应的相互转换，通过光信号和电信号之间的相互转换实现光与电之间的互联。

它具有响应速度快、抗电磁干扰能力强、传输距离远等优点，在通信、自动化控制、医疗设备等领域有着广泛的应用。

光纤耦合器是一种用于将光信号进行耦合、分束、组合的设备，广泛应用于光纤通信、光谱分析、生物医疗等领域。

在可见光波段，光纤耦合器的工作原理主要是基于光的全反射现象。

在可见光波段，光纤耦合器通常由两个平行的光纤阵列组成，每个阵列由不同波长的光信号组成。

当光信号通过光纤时，其传播路径受到折射率的影响。

如果光纤阵列的间隔恰好与光线的波长相符，那么光线将会完全被反射，无法穿透界面，形成全反射。

这一现象是光纤耦合器工作的基础。

当光线通过光纤耦合器时，光线会在两个平行光纤阵列的交界面上发生多次全反射，最终形成光束的聚焦。

通过调整光纤阵列的间隔和角度，可以控制光束的发散角度和方向，从而实现光束的耦合和分散。

因此，可见光波段光纤耦合器具有较高的光学精度和稳定性，能够实现精确的光束控制。

在应用方面，可见光波段光纤耦合器在光谱分析领域具有广泛的应用。

通过将不同波长的光线耦合进入一根光纤，光谱分析仪可以实现对光线的分光，并测量各个波长的强度。

这种设备广泛应用于环境监测、食品安全、医疗诊断等领域。

此外，可见光波段光纤耦合器在光纤通信中也发挥着重要作用。

在通信系统中，光纤是传输光信号的主要媒介。

通过光纤耦合器可以将多个光信号耦合进入同一根光纤，实现高速数据传输。

总的来说，可见光波段光纤耦合器是一种具有重要应用价值的光学器件。

它能够实现精确的光束控制和耦合，从而在光谱分析、光纤通信等领域发挥关键作用。

随着光学技术和制造工艺的发展，可见光波段光纤耦合器的性能和精度有望进一步提高，为更多领域的应用提供更多可能性。

光耦合器的工作原理了解光耦合器。

在本文中，我们将了解它们如何用于控制电路、它们如何工作以及如何设计一些简单的光耦合器电路来展示其工作原理。

什么是光耦合器？光耦合器是看起来像这样的集成电子元件。

它们也被称为光隔离器、光隔离器和光电耦合器。

在这个版本中，我们的主体带有 4 个引脚。

引脚 1 为阳极，引脚 2 为阴极，引脚 3 为集电极，引脚 4 为发射极。

我们在管脚1 旁边的主体中还有一个小的圆形凹痕，我们用它来识别不同的管脚。

在车身上我们还有一些文字，这是零件号。

我们使用它来识别光耦合器的类型并找到制造商的数据表。

该设备基本上是一个固态继电器，可将两个独立的电路互连。

电路一连接在引脚 1 和 2 之间，第二个电路连接在引脚 3 和 4 之间。

这允许电路1 控制电路2。

我们也可以用它来传输信号，但两个电路彼此电隔离其他。

为什么这很重要？因为一个电路上的电压尖峰和噪声不会破坏或干扰另一个电路。

因此，我们的电路受到保护。

由于内部的半导体材料，它们也将只允许电子沿一个方向流动。

由于分离，这两个电路因此可以使用不同的电压和电流。

我们可以通过向电路二的输出添加其他组件（例如晶体管）来扩展设备的功能。

这使我们能够控制更高的电压和电流并自动化电路控制。

它是如何工作的？光耦合器有多种变体，但本文将坚持使用基本的光电晶体管版本。

当我们查看这个光耦合器的符号时，我们看到左侧有一个LED 符号，右侧的符号看起来非常类似于晶体管，这是因为它是被称为光电晶体管的晶体管的改进版本。

端子被命名为集电极和发射极，就像普通晶体管一样，只是我们缺少基极引脚。

在普通的晶体管电路中，我们有主电路和控制电路。

晶体管阻止主电路中的电流，因此灯熄灭。

当我们在管脚上施加一个小电压时，这将打开晶体管并允许电流在主电路中流动，因此主灯打开。

顺便说一下，我们在上一篇文章中详细介绍了晶体管的工作原理，请单击此处。

光耦合器内的晶体管的工作原理略有不同。

它还可以阻止主电路中的电流，但它充当接收器。