比較器與混合訊號元件

光耦合器(opto-isolator)

/ OP-toh EYE-so-lay-ter /

光耦合器讓訊號從一個電路跨到另一個,兩者之間沒有任何電氣導線——訊息以一道光的閃爍越過一個微小的間隙。一個小封裝裡,住著一顆面對光電晶體的 LED。把 LED 點亮,它的光就把光電晶體導通;把它熄滅,電晶體就關閉。訊號傳了過去,但兩側不共用任何金屬連接,所以它們可以處在天差地遠的電壓而完全安全。它是一扇單向的窗:光通得過,危險電壓過不來。

把過程拆成步驟。幾毫安的電流流過輸入端的 LED,使它發光。光落在零點幾毫米外光電晶體的基極區,產生電流把那顆電晶體導通。輸出電流與輸入 LED 電流之比稱為電流傳輸比(CTR),常為 20% 到 100%,且各顆差異很大、還會隨時間老化。在 LED 與電晶體之間有一道絕緣屏障,耐壓達數千伏特——典型為 2.5 kV 到 5 kV——所以一端發生把市電電壓加上去的故障,也搆不到另一端。你像驅動任何 LED 一樣,透過限流電阻驅動這顆 LED:在 5 V、LED 壓降 1.2 V、電阻 330 歐姆下,約 (5 - 1.2)/330 = 11.5 mA 流過。

凡是低電壓控制器必須觸碰危險或嘈雜世界之處,都有光耦合器:從市電供電的交換式電源回授到它的低電壓控制側、讓微控制器感測或切換高壓設備、以及打斷儀器之間的接地迴路。誠實的限制:基本的光電晶體光耦合器很慢(kHz 到低 MHz),因為光電晶體的電容很大;它的 CTR 漂移意味著你不能仰賴它做類比精度;而且它只傳訊號、絕不傳功率。要做快速數位連結,有專門的邏輯閘光耦合器與數位隔離器;要做類比,則需線性光耦合器的技巧。隔離是為了安全與抗雜訊,不是為了搬運能量。

一顆 3.3 V 微控制器安全地切換 230 V 加熱器:它的輸出透過 330 Ω 電阻(約 6 mA)驅動光耦合器的 LED,另一側位於市電參考電路中的光電晶體則觸發一顆三端雙向閘流體(triac)。一道 5 kV 的屏障,即使加熱器側故障也把市電擋在微控制器之外。

光傳遞訊息;數千伏特跟不過來。

電流傳輸比寬鬆又會老化,所以別用光耦合器去設定精確的增益。把它當成留有餘裕的開關,或挑一顆耐壓符合你安全需求的元件。

又稱
optocouplerphotocoupler光隔離器光電耦合器