非常不错的一片关于光耦的文章

原文链接 http://www.elecfans.com/yuanqijian/guangou/20180409659123.html

另一篇关于光耦的参数计算（写的非常好）：https://www.sohu.com/a/219999635_100040248

1、光耦的CTR值是什么？

光耦全称是光耦合器，英文名字是：opTIcalcoupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。

光耦的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V（BR）CEO、集电极-发射极饱和压降VCE（sat）。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。

光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。以一个简单的图（图1）说明光耦的工作：原边输入信号Vin，施加到原边的发光二极管和Ri上产生光耦的输入电流If，If驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL产生Ic，Ic经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足Ic≤If*CTR。

CTR：发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值

隔离电压：发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值

集电极-发射极电压：集电极-发射极之间的耐压值的最小值光耦什么时候导通？什么时候截至？

电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%～300%（如4N35），而PC817则为80%～160%，达林顿型光耦合器（如4N30）可达100%～5000%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。线性光耦合器与普通光耦合器典型的CTR-IF特性曲线

普通光耦合器的CTR-IF特性曲线呈非线性，在IF较小时的非线性失真尤为严重，因此它不适合传输模拟信号。线性光耦合器的CTR-IF特性曲线具有良好的线性度，特别是在传输小信号时，其交流电流传输比（ΔCTR=ΔIC/ΔIF）很接近于直流电流传输比CTR值。因此，它适合传输模拟电压或电流信号，能使输出与输入之间呈线性关系。这是其重要特性。

使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间的隔离，在设计电路时，必须遵循下列原则：所选用的光电耦合器件必须符合国内和国际的有关隔离击穿电压的标准;由英国埃索柯姆（Isocom）公司、美国摩托罗拉公司生产的4N&TImes;&TImes;系列（如4N25、4N26、4N35）光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号（高、低电平），可以用于单片机的输出隔离;所选用的光耦器件必须具有较高的耦合系数。

2、光耦CTR

概要：

1）对于工作在线性状态的光耦要根据实际情况分析；

2）对于工作在开关状态的光耦要保证光耦导通时CTR有一定余量；

3）CTR受多个因素影响。

2.1、光耦能否可靠导通实际计算

举例分析，例如图.1中的光耦电路，假设Ri=1k，Ro=1k，光耦CTR=50%，光耦导通时假设二极管压降为1.6V，副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi是5V的方波，

输出Vcc是3.3V。Vout能得到3.3V的方波吗？

我们来算算：If=（Vi-1.6V）/Ri=3.4mA

副边的电流限制：Ic’≤CTR*If=1.7mA

假设副边要饱和导通，那么需要Ic’=（3.3V–0.4V）/1k=2.9mA，大于电流通道限制，所以导通时，Ic会被光耦限制到1.7mA，Vout=Ro*1.7mA=1.7V

所以副边得到的是1.7V的方波。

为什么得不到3.3V的方波，可以理解为图.1光耦电路的电流驱动能力小，只能驱动1.7mA的电流，所以光耦会增大副边三极管的导通压降来限制副边的电流到1.7mA。

解决措施：增大If；增大CTR；减小Ic。对应措施为：减小Ri阻值；更换大CTR光耦；增大Ro阻值。

将上述参数稍加优化，假设增大Ri到200欧姆，其他一切条件都不变，Vout能得到3.3V的方波吗？

重新计算：If=（Vi–1.6V）/Ri=17mA；副边电流限制Ic’≤CTR*If=8.5mA，远大于副边饱和导通需要的电流（2.9mA），所以实际Ic=2.9mA。

所以，更改Ri后，Vout输出3.3V的方波。

开关状态的光耦，实际计算时，一般将电路能正常工作需要的最大Ic与原边能提供的最小If之间Ic/If的比值与光耦的CTR参数做比较，如果Ic/If≤CTR，说明光耦能可靠

导通。一般会预留一点余量（建议小于CTR的90%）。

工作在线性状态令当别论。

2.2、CTR受那些因素影响

上一节说到设计时要保证一定CTR余量。就是因为CTR的大小受众多因素影响，这些因素之中既有导致CTR只离散的因素（不同光耦），又有与CTR有一致性的参数（壳温/If）。

1）光耦本身：

以8701为例，CTR在Ta=25℃/If=16mA时，范围是（15%~35%）说明8701这个型号的光耦，不论何时/何地，任何批次里的一个样品，只要在Ta=25℃

/If=16mA这个条件下，CTR是一个确定的值，都能确定在15%~35%以内。计算导通时，要以下限进行计算，并且保证有余量。计算关断时要以上限。

2）壳温影响：

Ta=25℃条件下的CTR下限确定了，但往往产品里面温度范围比较大，比如光耦会工作在（-5~75℃）下，此种情况下CTR怎么确定？还是看8701的手册：有Ta-CTR关系图：

从图中看出，以25度的为基准，在其他条件不变的情况下，-5度下的CTR是25度下的0.9倍左右，75度下最小与25度下的CTR持平。

所以在16mA/（-5~75℃）条件下，8701的CTR最小值是15%*0.9=13.5%

3）受If影响。

假设如果实际的If是3.4mA，那么如何确定CTR在If=3.4mA/Ta=（-5~75℃）条件下的最小CTR值。

查看8701的If-CTR曲线。图中给出了三条曲线，代表抽取了三个样品做测试得到的If-CTR曲线，实际只需要一个样品的曲线即可。

注：此图容易理解为下限/典型/上限三个曲线，其实不然。大部分图表曲线只是一个相对关系图，不能图中读出绝对的参数值。

计算：选用最上面一条样品曲线，由图中查出，

If=16mA时CTR大概28%，

在If=3.4mA时CTR大概在46%。3.4mA是16mA时的46%/28%=1.64倍；

所以，在If=3.4mA/（-5~75℃），CTR下限为13.5%*1.64=22.2%

以上所有分析都是基于8701的，其他光耦的特性曲线需要查用户手册，分析方法一样。

3、光耦延时问题

上述CTR影响到信号能不能传过去的问题，类似于直流特性。下面主要分析光耦的延时特性，即光耦能传送多快信号。

涉及到两个参数：光耦导通延时tplh和光耦关断延时tphl，以8701为例：在If=16mA/Ic=2mA时候，关断延时最大0.8uS，导通延时最大1.2uS。所以用8701传递500k以上的开关信号就需要不能满足。