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。

什么是線性光耦

線性光耦是一種用于模擬信號(hào)隔離的光耦器件，和普通光耦一樣，線性光耦真正隔離的是電流。線性光耦能夠保護(hù)被測(cè)試對(duì)象和測(cè)試電路，并減小環(huán)境干擾對(duì)測(cè)試電路的影響。

線性光耦的原理

線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只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，就可以通過反饋通路的非線性來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。

線性光耦的分類

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。由于開關(guān)電源在正常工作時(shí)的電壓調(diào)整率不大，通過對(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，就可以通過反饋通路的非線性來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。與前面介紹過的普通光耦器件線性化使用的原理類似，只不過它在生產(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線性光耦等。

線性光耦的線性選取

在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：

①的電流傳輸比（CTR）的允許范圍是50%～200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR5.0mA），才能正?？刂茊纹_關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR》200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。

②推薦采用線性，其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。

③由英國(guó)埃索柯姆（Isocom）公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N&TImes;&TImes;系列（如4N25 、4N26、4N35），目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào)（高、低電平），因此不推薦用在開關(guān)電源中。

常用的線性光耦的型號(hào)

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，顯示器等開關(guān)電源維修中如果光耦損壞，一定要用線性光耦代換。

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。

線性光耦的實(shí)際應(yīng)用

如果對(duì)被測(cè)試量的量程變化范圍要求較大、精度要求較高時(shí)，使用反饋型線性光耦器件無(wú)疑是比較合適的。但是，在光耦的線性化使用或者說在使用線性光耦器件的過程中，其線性度往往并不能完全令人滿意。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，關(guān)鍵在于要充分理解光耦器件自身的一些特點(diǎn)以及在光耦器件中使用反饋機(jī)制改善線性度的原理。只要在設(shè)計(jì)過程中合理地選擇器件和小心設(shè)計(jì)電路，即使采用普通光耦器件，也同樣能達(dá)到很好的效果，這里要注意以下幾點(diǎn)

1、必須充分認(rèn)識(shí)到光耦為電流驅(qū)動(dòng)型器件，要合理選擇反饋電路中所使用的運(yùn)放，必須保證運(yùn)放擁有合適的負(fù)載能力，以便在正常工作時(shí)驅(qū)動(dòng)光電二極管。

2、當(dāng)采用普通光耦器件時(shí)，要盡量采用多光耦器件，而不要采用單光耦器件，因?yàn)槎鄠€(gè)光耦集成在一片芯片上有利于從材料及工藝的角度保證多個(gè)光耦之間特性趨于一致，而正是由于多個(gè)光耦特性的一致才保證了反饋對(duì)改善線性的作用。

3、由于線性光耦在使用過程中引入了反饋機(jī)制，所以不適用于被測(cè)信號(hào)變化太快或者頻率很高的場(chǎng)合。根據(jù)以上原則，使用普通光耦器件和反饋型線性光耦器件是可以成功地在電力直流系統(tǒng)監(jiān)控模塊中實(shí)現(xiàn)對(duì)直流母線電壓信號(hào)的采集與隔離的，其線性度和精度都是令人滿意的。