電路中的另類之“光”- 光耦合器簡介 (上篇)

電氣隔離是電路設計中不可缺少的一個環節。

目前，一種常用的隔離方法是利用隔離器／固態繼電器等光半導體器件進行電路設計。所謂的光半導體器件是通過半導體光-電子（或電-光子）轉換效應製成的各種功能器件，從早期的被動式光接收和光轉換器件，到後期的主動式光學應用器件，光半導體器件在某些應用方面（如光通信、光資訊處理等）正在發揮著的舉足輕重的作用。

 目前主要的光半導體類型主要分為三種：即發光器件、受光器件以及複合器件。其中發光器件是指如可見光LED、紅外LED、紫外LED、鐳射二極體等，受光器件則以光感測器、太陽能電池、CMOS感測器為代表，而複合器件最為常見的就是光耦和光纖耦合器。


                                                      
                                                                              (圖片來源如網址；作者：TOSHIBA)

此篇我們就帶大家一起瞭解光學器件在電路隔離中的重要應用。

LED的發光原理與波長範圍：
                                                                       

                                                                             (圖片來源如網址；作者：TOSHIBA)

LED依靠發射光的波長不同來顯示不同的顏色，LED不僅可以發射可見光，還可以產生紫外光乃至紅外光。發射波長可通過“λ（nm）＝1240／Eg（eV）”化合物半導體材料能隙（Eg）的等式進行表示。不同材料的LED，可發出不同的光線。具體而言，擁有較大能隙的材料發射較短的波長，擁有較小能隙的材料發射較長的波長。

對於應用在電視遙控器等的紅外LED，常使用GaAs（砷化鎵）材料；對於紅色／綠色指示器LED，常使用GaP（磷化鎵）或InGaAlP（磷化鋁鎵銦）；對於藍色LED，常使用InGaN（氮化銦鎵）或GaN（氮化鎵）材料。

除了LED之外，光耦也是一種應用廣泛的光學器件。

光耦的基本介紹：
光耦合器把發光元件（LED）和光電探測器（光敏元件）封裝於同一殼體中，這可確保信號不受外界干擾。在運行中，其通過發光元件將電信號轉換為光信號，並由受光器件接收，以此實現信號傳遞。

雖然光耦是一種光學器件，但它不處理光，而是處理電信號。光耦合器的主要特點是單向傳輸性，因此，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，具有抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高等特點。在複雜的工業系統中，光耦器件被廣泛用於電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器（SSR）、儀器儀錶、通信設備及微機介面中。

                                                                         

                                                                           (圖片來源如網址；作者：TOSHIBA)

作為一種比較常見的隔離控制器件，光耦器件對於電路保護起到了極其重要的作用。在下一篇將跟大家深入介紹光耦的類型與安全標準！