光耦合器的簡短揭秘

2024年5月22日 |Andrew Chen

今天我們將介紹什么是光耦合器，將其名稱分解為易于理解的內容，并提供一些非常適合光耦合器應用的項目示例。讓我們直接深入吧！

光耦合器，有時稱為光隔離器或光電耦合器，是一種主要由兩個內部隔室組成的電氣元件；一部分是發(fā)光的 LED，另一部分是光電晶體管，當 LED 亮起時，光電晶體管就會打開。

這是 KiCad 軟件上光耦合器的簡單圖，完美演示了其功能。一端的引腳 1 和 2 直接連接到 LED，另一端的引腳 3 和 4 連接到光電晶體管。無光時晶體管截止；然而，當有電流流過引腳 1 至 2 時，從 LED 發(fā)出的光能夠閉合光電晶體管，從而形成閉合電路，以便任何電流都可以從引腳 3 至 4 流過。本質上，光耦合器是非常簡單，這就是他們的名字“光隔離器”的由來，因為這兩端彼此電氣隔離。

人們考慮在項目中使用光耦合器的原因有多種；使用光耦合器的最簡單的原因是電路板中使用兩個獨立的電源。在更常見的情況下，光耦合器還可用于隔離數(shù)字接口、微處理器輸入/輸出切換，并在某些情況下消除信號中的電噪聲。

然而，在電路設計中應用光耦合器時需要記住一些注意事項。

• 由于帶寬有限，光耦合器在高頻應用中通常性能較差。檢查特定光耦合器的規(guī)格并確保速度合適（最常見的速度是 1 Mbps，盡管某些光耦合器的速度為 10 或 15 Mbps。）
• 隨著時間的推移，由于其內部 LED 和光電晶體管長期使用，光耦合器的功能可能會降低。頻繁使用還會降低 LED 的性能，這意味著必須更換 LED。
• 由于 LED 亮起足以打開光電晶體管所需的時間，光耦合器會出現(xiàn)延遲時間作為其隔離成本。在高頻應用中，這可能是一個大問題。

現(xiàn)在我們將討論光耦合器在電流隔離中的應用，以改進 SPI（串行外設接口）協(xié)議。由于擔心電噪聲（來自非差分對線的阻抗），使用光耦合器可以隔離電線，而不會影響信號的干擾信號。

對于那些可能不熟悉 SPI 是什么的人來說，由于 SPI 協(xié)議的缺點，這將是一個非常好的應用程序。解釋一下，SPI 是一種非差分對通信協(xié)議，經常用于從一個設備（主設備）到另一個設備（從設備）傳輸數(shù)據。非差分對方面也非常重要：將數(shù)據傳輸?shù)搅硪粋€設備時，一個巨大的問題是信號的完整性，因為它會長距離傳輸或面臨來自外部影響的阻抗。

SPI是一種非常簡單的通信協(xié)議，這使得它很容易實現(xiàn)，但對于長距離通信來說卻很難保存。光耦合器可以確保對線路進行電流隔離，以便此類電流感應的磁波不會影響與其相鄰的任何其他線路。這種類型的電路有時被非正式地稱為 SPI 隔離器電路或簡稱為 SPIsolator 電路。這只是光耦合器應用的一個具體示例；然而，工程師通?？梢愿鶕麄兿胍獦嫿ǖ木唧w情況和財務限制自行選擇大量其他選項。

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審核編輯 黃宇