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聯(lián)系人：馮工

       線性光耦與非線性（普通）光耦  

光電耦合器又稱光耦（opticalcoupler，OC），其原理是把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)“電—光—電”轉(zhuǎn)換。它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。

一、光耦的分類

光耦按照其電流傳輸特性通常分為線性光耦與非線性光耦（普通光耦）。線性光耦器件又分為兩種：無(wú)反饋型和反饋型。

無(wú)反饋型線性光耦器件實(shí)際上是在器件的材料和生產(chǎn)工藝上采取一定措施(使得光耦器件的輸入輸出特性的非線性得到改善。但是，由于發(fā)光二極管和光電三極管的固有特性，改善十分有限。這種光耦器件主要用于對(duì)線性區(qū)的范圍要求不大的情況，例如開(kāi)關(guān)電源的電壓隔離反饋電路中經(jīng)常使用的PC816A和NEC2501H等線性光耦。由于開(kāi)關(guān)電源在正常工作時(shí)的電壓調(diào)整率不大，通過(guò)對(duì)反饋電路參數(shù)的適當(dāng)選擇，就可以使光耦器件工作在線性區(qū)。但由于這種光耦器件只是在有限的范圍內(nèi)線性度較高，所以不適合使用在對(duì)測(cè)試精度以及范圍要求較高的場(chǎng)合?！?】

另一種線性光耦是反饋型器件。其作用原理是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。與前面介紹過(guò)的普通光耦器件線性化使用的原理類似，只不過(guò)它在生產(chǎn)工藝上采取了一定措施，使同一片器件中的2個(gè)光耦的特性更加趨于一致。這種器件例如德州儀器公司曾經(jīng)出品現(xiàn)已停產(chǎn)的TIL300A，CLARE公司生產(chǎn)的LOC系列線性光耦，惠普公司生產(chǎn)的HCNR200/201線性光耦【2】等。

二、光耦的常用型號(hào)及用途

線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。 開(kāi)關(guān)電源中常用線性光耦，如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由此產(chǎn)生的后果是對(duì)彩電，彩顯，VCD，DCD等等，將在圖像畫面上產(chǎn)生干擾。同時(shí)電源帶負(fù)載能力下降。在彩電，顯示器等開(kāi)關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦換。

常用的4腳線性光耦 （無(wú)反饋型線性光耦）有PC817A-C、PC111、TLP521等。常用的六腳線性光耦有：LP632、 TLP532、PC614、PC714、PS2031等。

非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開(kāi)關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 常用的4N系列光耦屬于非線性光耦 。如4N25、 4N26、4N35、4N36。

三、光耦的參數(shù)

1.電流傳輸比（current tranfer ratio，CTR）：描述光耦控制特性的參數(shù)，即輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流（IO）與發(fā)光二極管正向電流（IF）之比，CTR = IO/IF ?！咀ⅰ坑械牡胤揭沧鰿TR = IC/IF（Collector Current / Forward Current）。

這是衡量線性與非線性的重要參數(shù)（這里所說(shuō)的線性是指無(wú)反饋型的線性器件，非線性就是普通的器件）。所謂的線性，主要是指輸出端的電流和輸入端的電流在一定范圍內(nèi)成一定的y=ax+b的比例關(guān)系，這就表現(xiàn)為電流傳輸比(CTR)的平坦的范圍。以下是常用光耦的CTR與IF曲線。

    由圖可見(jiàn)，PC817與TLP521的直線部分比較長(zhǎng)，電流傳輸比比較穩(wěn)定，在一定程度上稱之為為線性光耦。它算是“線性”還能湊合用的光耦，勉強(qiáng)可做模擬信號(hào)傳輸，HCNR200、HCPL7800才是可以做線性“光耦”用。實(shí)際上，線性與光耦是當(dāng)前工藝難以實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)線性光耦還是可以通過(guò)適當(dāng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的反饋光耦來(lái)說(shuō)，主要看CTR的平坦范圍。對(duì)于批量產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，CTR的一致性也很關(guān)鍵，尤其是反饋環(huán)路沒(méi)有進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)。按{dy}個(gè)圖來(lái)說(shuō)，IF取多少合適？在IF處于上升斜率時(shí)，如1-15mA區(qū)間，CTR隨IF增大而增大。意味著，光耦具有額外的增益。如果電路按照2mA工作點(diǎn)設(shè)計(jì)，當(dāng)工作區(qū)移到15mA時(shí)，增益近似為1.4倍，也就是3dB。這個(gè)額外的增益會(huì)使得設(shè)計(jì)好的剪切頻率發(fā)生移位。當(dāng)然，這個(gè)移動(dòng)幅度并不大。那么如果選擇在15mA后邊的曲線工作點(diǎn)呢？可見(jiàn)隨著IF增大，CTR反而下降，這意味著增益為負(fù)。近似看作-3dB好了（注意，此-3dB非彼-3dB）。所以，光耦的工作點(diǎn)要依照其特征曲線考慮，并且工作域不宜過(guò)大。尤其不要將工作點(diǎn)設(shè)置在臨界點(diǎn)上。

實(shí)際上還要考慮CTR的長(zhǎng)期老化問(wèn)題。IF越大，CTR老化越厲害。當(dāng)然了，反過(guò)來(lái)你可以用這個(gè)特性來(lái)控制產(chǎn)品的生命周期。而有的時(shí)候，效率也會(huì)制約工作點(diǎn)的選取?？赡苄枰印肮?jié)能”的光耦?！?】

另外，注意在EL817和PC817的具體型號(hào)分為好幾種，它們具有不同的傳輸比，單個(gè)的光耦的傳輸比范圍沒(méi)有那么大。