光耦的工作原理、工作特性及高速光耦测试

一、光耦的工作原理

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，此光照射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，这样就实现了电一光一电的转换。

光电耦合器主要由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。 光的发射部分主要由发光器件构成，发光器件一般都是发光二极管，发光二极管加上正向电压时，能将电能转化为光能而发光，发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动，但发光二极管在使用时必须加正向电压。光的接收部分主要由光敏器件构成，光敏器件一般都是光敏晶体管， 光敏晶体管是利用 PN 结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小的原理来工作的。

光的信号放大部分主要由电子电路等构成。发光器件的管脚为输入端，而光敏器件的管脚为输出端。工作时把电信号加到输入端，使发光器件的芯体发光， 而光敏器件受光照后产生光电流并经电子电路放大后输出，实现电→光→电的转换，从而实现输入和输出电路的电器隔离。由于光电耦合器输入与输出电路间互相隔离，且电信号在传输时具有单向性等优点， 因而光电耦合器具有良好的抗电磁波干扰能力和电绝缘能力。

二、光耦的工作特性

2.1 共模抑制比很高

　　在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF 以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。

2.2 输出特性

　　光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流 IF 下，光敏管所加偏置电压 VCE 与输出电流 IC 之间的关系，当 IF = 0 时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当 IF > 0 时，在一定的 IF 作用下，所对应的 IC 基本上与 VCE 无关。IC 与 IF 之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。

2.3 隔离特性

• 隔离电压 Vio（IsolaTIon Voltage），光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。
• 隔离电容 Cio（IsolaTIon Capacitance），光耦合器件输入端和输出端之间的电容值
• 隔离电阻 Rio：（IsolaTIon Resistance），半导体光耦合器输入端和输出端之间的绝缘电阻值。

2.4 传输特性

• 电流传输比 CTR（Current Transfer Radio），输出管的工作电压为规定值时，输出电流和发光二极管正向电流之比为电流传输比 CTR。
• 上升时间 Tr （Rise TIme）& 下降时间 Tf（Fall Time），光电耦合器在规定工作条件下，发光二极管输入规定电流 IFP 的脉冲波，输出端管则输出相应的脉冲波，从输出脉冲前沿幅度的 10%到 90%，所需时间为脉冲上升时间 tr。从输出脉冲后沿幅度的 90%到 10%，所需时间为脉冲下降时间 tf。
• 其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一复述。

2.5 光电耦合器可作为线性耦合器使用

在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。

三、高速光耦测试

最近使用到博通的一款高速光耦ACSL-6400，记录一些测试：

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