在電器應(yīng)用領(lǐng)域，常用的隔離器件包含光耦、繼電器以及變壓器。其中，光耦作為一種流控型元件，以光為媒介實現(xiàn)信號的傳輸，遵循 “電→光→電” 的轉(zhuǎn)換過程。其輸入端為發(fā)光二極管，輸出端是光敏半導(dǎo)體。光耦的核心應(yīng)用在于隔離作用，這使其常用于輸入與輸出之間無共地的系統(tǒng)，輸入與輸出之間的耐壓能夠達到上千伏特。
很多通訊模塊也采用了光耦隔離技術(shù)，這使得各個系統(tǒng)之間的連接變得更加容易，完全無需考慮是否共地的問題。例如，在光耦控制繼電器（小功率）的電路中，為了讓光耦能夠有效地驅(qū)動繼電器，輸出端的阻抗需要較小，這就要求輸入端的電流較大。具體來說，當光耦的輸入電流增大時，輸出端的阻抗會相應(yīng)減小，從而能夠為繼電器提供足夠的驅(qū)動能力。
光耦分為線性光耦和非線性光耦，在實際的常規(guī)應(yīng)用中，線性光耦更為常見，因為它可以替代非線性光耦。為了更深入地了解線性光耦的特性，我們以線性光耦（PS2561A）為例進行了相關(guān)實驗。在實驗中，我們調(diào)節(jié)光耦輸入電流 IF，并測量輸出的 CE 阻抗。同時，我們還進行了輸入電流 IF 與輸出電流 IC 關(guān)系的實驗，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源的電壓值，得到了兩者之間的關(guān)系。
實驗數(shù)據(jù)表明，輸出電流 IC 與輸入電流 IF 的曲線趨勢基本一致，當 CE 阻抗小于 1k 左右時呈線性變化，且最低阻抗大于 100Ω。因此，在使用線性光耦傳遞開關(guān)信號時，需要合理匹配輸入電阻的大小。以光耦控制繼電器的電路為例，輸入電阻為 360Ω，光耦輸入正向壓降約為 1V，此時輸入電流 IC 約為 (5 - 1) / 360 ≈ 11mA，光耦輸出 CE 阻抗為 200Ω 多點，而繼電器 HFD2 線圈阻抗為 2880Ω，此時光耦可以正常驅(qū)動繼電器。若 IC 電流變小，CE 阻抗會變大，從而導(dǎo)致不能正常驅(qū)動繼電器。
線性光耦主要用于模擬信號的傳遞，其輸出相當于一個可變電阻。在開關(guān)電源中，線性光耦的應(yīng)用十分常見，它可以利用光藕做反饋，將高壓和低壓進行隔離，實現(xiàn)對輸出電壓的實時調(diào)節(jié)。常用的線性光耦有 PC817、PS2561、PS2801 等。
非線性光耦則主要用于開關(guān)信號（或數(shù)字信號）的傳遞，常用的 4N 系列有 4N25、4N26 以及 TIL117 等。此外，還有高速光耦，如 6N136、6N137、PS9714、PS9715 等，它們多用于通訊隔離以及 PWM 波控制，能夠有效降低電磁干擾。判斷一個光耦是否為高速光耦，可以查看其數(shù)據(jù)手冊是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。
綜上所述，光耦在電器應(yīng)用中具有重要的作用。在設(shè)計光耦電路時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇光耦的類型，并正確匹配輸入和輸出電阻，以確保電路的正常運行。

原文圖片展示

圖 1：光耦控制繼電器

圖 2：輸入輸出隔離
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圖 3：輸入電流 IF 與輸出 CE 阻抗關(guān)系實驗


圖 4：輸入電流 IF 與輸出電流 IC 的關(guān)系實驗


圖 5：實驗數(shù)據(jù)

要點總結(jié)

1. 光耦的核心應(yīng)用是隔離作用。
2. 在相同電壓下，當線性光耦的輸入電阻與輸出電阻相同時，輸出電流 IC 基本與輸入電流 IF 一致；即使輸入與輸出電壓不同，也可以通過匹配輸出與輸入的電阻來實現(xiàn)。
3. 用于開關(guān)信號時，線性光耦和非線性光耦都可以使用，但在線性光耦電路中不能用非線性光耦代替。
4. 非線性光耦的響應(yīng)速度比線性光耦快，類似于比較器比運算放大器響應(yīng)速度快