光耦/光电隔离器件
簡介：
- 光電耦合元件是以光（含可見光、紅外線等）作為媒介來傳輸電信號的一組裝置，其功能是平時讓輸入電路及輸出電路之間隔離，在需要時可以使電信號通過隔離層的傳送方式。光電耦合元件（英語：optical coupler，或英語：photo coupler），亦稱光耦合器、光隔離器以及光電隔離器，簡稱光耦。
- 常見的光電耦合元件是將發光二極管（LED）及光晶體管（LED）放在一個不透明的封裝中。其他的組合有LED-光電二極管、LED-LASCR及燈泡-光敏電阻。光電耦合元件一般會傳遞數字信號，但配合一些技術，也可以用光電耦合元件傳送模擬信號。
- 缺點：光電耦合元件廣泛用于電氣隔離、電平轉換、驅動電路及工業通訊中，但因為寄生輸入輸出電容問題，其共模瞬變抑制（Common-Mode Transient Immunity）能力較弱，此外，其速度受限、光電耦合元件的功耗較高，以及元件容易老化都是其問題。
原理：
- 光耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。
- 輸入的電信號驅動光發射源，使之發光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸資訊中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在電腦數位通信及即時控制中作為信號隔離的界面器件，可以大大增加其工作之可靠性。
- 光耦合器的光發射源一般會是紅外線的發光二極管，將電能轉換為特定波長的光，在發射源及接收器之間會有封閉式的光通道（也稱為電介質通道），接收器是光感測器，感測特定波長的光，可能直接轉換成電能量，也可能由此信號調變外部電源提供的電流。接收器可以是光敏電阻、光電二極管、光晶體管、可控硅整流器（SCR）或TRIAC。發光二極管除了發射光之外，也可以作為光感測元件，因此可以用發光二極管作光感測元件，即為對稱性雙向光耦合器。光耦合的固態繼電器其中由有光電二極管的光耦合器來驅動功率開關，一般是一對互補的MOSFET。開槽光學開關包括光發射源及接收器，但其光通道有開口，若其他物體擋住開口，使光無法通過，則接收器產生的信號也會隨之變化。
電氣隔離：
- 子零件、電氣信號及電源線都會受到閃電、靜電放電、電磁干擾、切換脈波及電源擾動所產生的電壓所影響。遠方閃電可以感應大到10kV的電壓，是許多電子元件耐壓的一千倍。電路也可以透過設計方式連接高電壓，此時就需要安全而可靠的裝置連接高電壓及低電壓的元件。
- 光電耦合元件的主要功能之一是要阻隔高電壓以及電壓暫態，不讓這些電路中的電壓暫態影響電路的其他部分。以往這類的機能會由隔離變壓器實現，利用電感耦合讓電流隔離的輸入及輸出端可以傳遞訊號。變壓器及光電耦合元件是僅有二種提供加強保護的功能，同時保護設備以及使用這些設備的人員。這些設備在物理上只有單一的隔離層，但提供的保護相當于IEC電器等級中，具有雙重隔離的Ⅱ類電器。光電耦合元件的安全性、測試及承認受到各國以及國際性標準的規范：制造商發行的光電耦合元件規格至少需符合其中一項法規標準。
- 光電耦合元件透過由輸入信號調變的光束連接輸入端及輸出端，會將有用的輸入信息轉換為光，讓光通過介電質，送到接收端再轉換為電氣訊號。變壓器的本質可以雙向傳遞能量，而且轉換效率很高，而光電耦合元件和變壓器不同，光電耦合元件多半只允許單向的信號轉換（不過也有例外，參考雙向光耦合器），而且不能轉換功率。一般光電耦合元件不轉換能量，只能提供信號，用信號將輸出側能量調變后再輸出。光電耦合元件可以轉換直流或是緩慢變化的信號，在輸入及輸出側不需要阻抗匹配。變壓器及光電耦合元件都可以破壞不希望出現的接地回路，接地回路是在工業上及電氣設備中常見的情形，會因為接地線造成大電流或是噪聲電流[。
種類：
| 電阻式光隔離器 （Vactrol） | 電燈泡 | CdS或CdSe光敏電阻（LDR） | 非常慢 | <100%[note 7] |
| 霓虹燈 | 低 | |||
| GaAs紅外線LED | 低 | |||
| 二極管型光耦合器 | GaAs紅外線LED | 硅光電二極管 | 最高 | 0.1–0.2%[24] |
| 晶體管型光耦合器 | GaAs紅外線LED | 雙極體硅光晶體管 | 中等 | 2–120%[24] |
| 達靈頓晶體管光晶體管 | 中等 | 100–600%[24] | ||
| 光耦合式SCR | GaAs紅外線LED | 硅控整流子 | 從低到中 | >100%[25] |
| 光耦合式TRIAC | GaAs紅外線LED | TRIAC | 從低到中 | 非常高 |
| 固態繼電器 | GaAs紅外線LED疊層 | 光二極管疊層驅動 一對MOSFET或IGBT | 從低到高[note 8] | 實務上沒有限制 |
- 晶體管耦合器：具有較高的換能效率，高耐壓性，低輸入驅動能力
- 高速集成電路輸出耦合器：它有提供高速集成光能力的接收元件，速度為1－10兆赫茲。
- 三端雙向可控硅耦合器：這種類型的耦合器主要用來控制AC載荷，例如發動機和螺線管。
- 線性耦合器：結構由紅外線LED，與紅外線接收二極管組成，其輸出為純電流訊號。輸入電流與輸出電流有線性關系比，在光電二極管未飽和前，為線性輸出特性。
- 光電繼電器SSR：又名固態繼電器或光電MOSFET，因為在一個輸出處里裝配二顆MOSFET，在產品導通后，會與一般MOSFET相同，呈現電阻特性。
應用環境：
- 光電耦合元件廣泛用于電氣絕緣、電平轉換、級間耦合、驅動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、數位儀表、遠距離信號傳輸（工業通訊）、脈沖放大、固態繼電器（SSR）、儀器儀表、通信設備及微機電界面中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦回饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。
總結
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