为什么在电子产品中使用光耦合器？

    光耦合器不仅可以保护敏感电路，还使工程师能够设计各种硬件应用。光耦合器可以通过保护组件来避免更换组件时的大量成本。但是，光耦合器比保险丝更复杂。通过光耦合器连接和断开两个电路之间的连接，光耦合器还可以方便地控制两个电路之间的连接。光耦合器广泛用于电子，电气和通信系统。

    如何保护敏感电路免受高压侵害

    光耦合器通常用于抑制反电动势，噪声和电涌进入MCU电路。光耦合器通过完全电绝缘的方式在高压设备和微控制器之间建立安全连接。万一高压电路引起电涌，该电涌仅保留在光耦合器的输出侧，而输入侧的电路则保持安全且不受影响，因为它们都是电隔离的。光电耦合器也称为光电二极管，光电隔离器，光电耦合器和光学隔离器。

    标准的光耦合器（例如PC817）支持高达5kV的输入-输出隔离电压。大多数电子组件的工作电压都低于10V，如果雷电进入系统，它会感应出高达10KV的电压-足以一次炸掉电子组件。一些商业规模的光耦合器可以承受高达10KV的输入-输出隔离电压，用于防止雷击。更换印刷电路板（PCB）上烧毁的组件可能非常不便。但是，光耦合器可用于固定昂贵的组件。万一发生故障，光耦合器会烧毁，电路的其余部分不受影响。光耦合器不直接焊接在电路上，相反，它们被放置在集成芯片（IC）插座中，因此如果被烧毁，可以随时轻松更换。

    为什么没有在光耦合器的输入和输出侧连接地平面？

    光耦合器的输入/输出（I/O）所在的一侧的电路应受到保护，以防止任何一侧的潜在风险。尽管术语“地电平”电压听起来总是为0V，但不一定是这种情况。5V电源和220VAC电源的接地电平可能会大不相同。5V电源观察到的接地电压不必与220VAC的接地电压相同。在这种情况下，连接不同来源的接地层可能很危险。即使将220VAC降压并整流为5VDC，仍然不建议将地线的两端彼此连接。这样做会产生电干扰，这就是为什么光耦合器的两个I/O侧的接地电平始终保持电气断开的原因。

    阻抗匹配：用光耦解决问题

    在许多通信电路中，必须在几个元件之间建立匹配阻抗。不匹配可能导致输出不正确。然而，光耦合器可以用于信号传输，而不需要两侧的阻抗匹配，这就是为什么光耦广泛应用于高速通信设备。根据珍妮特·希思的说法，“在一个理想的世界里，一个管脚发出的信号能量会穿过PCB线路，并被负载完全吸收。但是，如果能量没有被负载（接收器）完全吸收，剩余的能量可以通过PCB轨迹反射回来，到达输出引脚（驱动器）的原始能量源。基于光电二极管的光耦，如东芝TLP2719光电耦合器，可支持高达1Mbps的信号速度。高速光耦具有高达50Mbps的数据传输速率。

    利用光耦合器检测交流电源的过零点

    感应交流电源的过零在许多应用中是必不可少的。例如，典型的功率因数校正系统测量实际功率和无功功率（两者都是总功率的组成部分）之间的角度差。实际功率和无功功率之间的差异是通过监测电压和电流波的“过零点”来测量的。“过零点”是电子学、声学、数学和图像处理中常用的术语。过零点表示波形与坐标轴相交的位置（即，如果绘制了波形图）。过零点还指示波形（用数学函数表示）何时将从正切换到负，然后再切换回来。注意，一些频率测试电路的工作原理是监测交流电源波形中的过零点。

    光耦可以用来感应交流电源的过零点。光耦的响应时间仅为纳秒，它在过零点处快速打开和关闭。通过在交流电源上使用整流器和滤波器，可以从光耦获得数字信号。使用RC滤波器，可以根据需要改变输出波形。

    中微控制器的数字输出启动5VDC（数字）信号，用于切换光耦（U1）中的IRED。微控制器的输出引脚和光耦中的IRED可以支持有限的电流流，因此，建议在微控制器输出和光耦输入之间使用限流电阻。当IRED打开时，红外光落在光电晶体管上，光电晶体管启动（激发）光电晶体管，之后电流开始在集电极和发射极引脚之间流动。光电晶体管的集电极和发射极支持有限的电流。如果需要控制电流规格更高的器件，则可以使用晶体管放大光耦的输出。

    开关装置的接地与微控制器电路上的公共接地不相连，因为它可能导致噪声泄漏，并流向微控制器。

    光耦可用于安全地从任何来源读取逻辑0和逻辑1的电平。例如，来自无变压器电源的电压可能包含噪声。在这种情况下，如果输入信号直接与微控制器连接，来自输入信号的噪声会影响微控制器的工作方式。类似地，如果微控制器的输入被意外地暴露在电涌中，微控制器会立即被摧毁，然而，在微控制器和输入信号之间使用光耦就像是保险单，可以防止此类事故的发生，光耦合器不仅保护敏感电路，而且使工程师能够设计各种硬件应用。使用光耦可以节省大量更换元件的成本，并且可以方便地通过连接/断开光耦来控制两个电路之间的连接。光耦广泛应用于电子、电气和通信系统中。