光耦隔离电路基本原理及注意事项

一般控制电路的电压都是低电压，但外接的设备往往是比较复杂的，电压较高，且带有较大干扰，所以通常不管是在输入端还是输出端，都需要加一些隔离电路，防止外界的尖峰脉冲信号毁坏控制电路，例如本文主要总结的光耦隔离电路。光耦隔离电路主要利用发光二极管和光电三极管的组合，实现电信号的隔离。

1 发光二极管

发光二极管由于内部材料不同，能发出不同颜色的光，例如红色、蓝色、绿色等，正因为这些发光二极管的内部材料不同，也就导致了不同颜色的二极管从性能指标上来看，也有一些细小的差别，例如开启电压不同等。

发光二极管也具有单向导电性，只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光，而且，正向电流越大，发出的光越强。与普通二极管不同的是，发光二极管的开启电压较大一些。

2 光电二极管

PN结具有光敏特性，光电二极管充分利用这一点，将光能转化为电能，在没有光照时，光电二极管和普通二极管没什么区别：具有单向导电性，外加正向电压时，电流与端电压成指数关系，外加反向电压时，产生反向电流，也称为暗电流;

当有光照的情况下，外加反向电压时，产生的电流称为光电流，光电流受光的入射照度控制，光照越强，光电流越大。

3 光电三极管

光电三极管依照光照的强度来控制集电极电流的大小，其功能可以等效为一个光电二极管与一只晶体管的组合，如下图所示：

没有光照时，集电极电流称为暗电流(比光电二极管的暗电流要大)，有光照时，集电极电流称为光电流。

4 光耦隔离

光耦隔离电路就是利用上述所讲的发光二极管和光电三极管结合，通过电-光，光-电的转换，使输入和输出之间没有电信号的直接连接，从而起到电路隔离，屏蔽干扰的作用。光耦隔离器有多种方式，下图是一个示意图，

在我们使用光耦隔离器隔离电路时，应当注意以下几点：

4.1 输入电流： 正如前文所述，当外加的正向电压产生的正向电流足够大时，发光二极管才能发出光照，若输入的电流不够，发光二极管有可能没有发出光照，或者发出的光照强度不够，导致输出的信号不正确;

4.2 反向电压： 设计电路时，应该考虑光耦隔离器的最大反向电压，以免烧坏电路;

4.3 反应速度：由于光耦隔离电路存在着一定的反应时间，当输入端的电流变化时，输出端往往会有一段反应时间，如下图所示，这个反应时间的存在往往会导致输出信号的差异，尤其是我们要输出的是一路方波信号时，就要考虑这个反应时间会不会影响输出的波形产生重大的畸变。

在B站看过我视频的朋友应该见过下面这个图，这里只简单说明一下，不再赘述了，当输出一路PWM信号时，光耦隔离电路的反应时间就会对产生的PWM波形产生一定的影响，当影响太大，波形出现严重畸变时，我们就要考虑在隔离电路之后加一级整形处理，或者采用别的隔离方式。

除了上面所述的几个性能需要注意以外，还有一些其他因素也需要考虑，例如温度(光敏晶体管往往受温度的影响较大)，隔离器所能承受的最大电流，最大集电极功耗等参数，有些可能要根据不同的控制电路做出相应的调整，达到我们想要的隔离效果。