1 光耦原理

光耦电路，全称为光电耦合器电路（Optical Coupler Circuit），是一种在电子系统中广泛应用的电子元件。它利用光学原理实现电信号的隔离与传输，具有电气隔离、信号传输和噪声抑制等多种功能。

光耦电路主要由发光器件（如发光二极管LED）和受光器件（如光电二极管、光电晶体管等）两部分组成。两部分之间通过透明的绝缘材料（如光导纤维、空气等）进行光学耦合，实现电信号的隔离传输。光耦电路的工作原理可以概括为“电—光—电”的转换过程。

  • 输入侧：当电流流经LED时（通常5-20mA），激发砷化镓材料发射920nm波长的红外光

  • 传输媒介：红外光穿透透明绝缘层（厚度0.1-0.5mm），该层由聚酰亚胺或二氧化硅构成，绝缘强度高达10-50kV/mm

  • 输出侧：光敏器件接收光子能量产生电子-空穴对，形成输出电流（Ic），实现电信号再生

1.1 核心组件特性

alt text

绝大多数常见光耦是集电极（Open Collector）输出，尤其是采用光敏三极管或光敏达林顿管作为输出的型号：PC817，6N317

  • 集电极开路输出：指光耦内部输出晶体管的集电极悬空，用户需要外部连接上拉电阻到高电平，才能输出高电平

  • 常用普通光耦：PC817

  • 常用高速光耦：6N137

1.2 光耦的重要参数

参数名 含义 典型值范围或说明
CTR（Current Transfer Ratio）电流传输比 输出电流与输入电流的比值（Ic/If） 一般为 50%～600%，不同型号不同
If（正向电流） 输入端LED的正向工作电流 典型为10～20mA，最大可达50mA
Vf（正向电压） LED正向导通时的电压降 一般为 1.1～1.4V
Vce(max) 光敏三极管集电极最大电压 通常为 30～80V
Icc（输出电流） 光敏三极管输出端电流 一般几mA到几十mA
Ton/Toff（响应时间） 开关响应速度 典型值为几微秒到几十微秒

2 高速光耦6N137

alt text

2.1 工作原理

信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流–电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。

alt text

7脚可以默认不接，因为默认会内部上拉。

2.2 电气参数

2.2.1 输入侧

参数名 说明 数值
IF（正向电流） LED 正常工作所需的输入电流 5 mA ~ 10 mA 典型；最大可达 20 mA
IF(ON) 保证输出有效导通所需最小 LED 电流 5 mA 典型值
IF(max) LED 最大允许电流（绝对最大值） 25 mA
VF（正向压降） 典型 1.3V @10 mA（最大 1.7V）  

2.2.2 输出侧

参数名 说明 数值
IC（输出电流） 集电极最大连续电流 50 mA（最大值）
VOL（低电平输出电压） IC = 2 mA 时，典型值 < 0.1V  
VCE(max) 集电极-发射极最大耐压 7 V（绝对最大值）
VOH（高电平） 依赖于外部上拉电阻和上拉电压  

2.3 参考电路

  1. 6N137是集电极开路输出，所以需要外接350R上拉电阻。

  2. 7引脚可以悬空，内部默认上拉。

3 LTV-247

3.1 输入端参数

参数 符号 典型值/范围 条件
正向电压 VF 1.2 V（典型） IF = 10 mA
正向电流 IF 5～20 mA（建议） -
允许最大正向电流 IF(max) 50 mA 连续工作
反向电压 VR 6 V -

3.2 输出端参数

参数 符号 典型值/范围 条件
集电极-发射极电压 VCEO 80 V（最大） -
集电极电流 IC 50 mA（最大） -
集电极饱和电压 VCE(sat) 0.4 V（最大） IF = 5 mA, IC = 8 mA
隔离耐压 Viso 3750 Vrms（最小） AC, 1 min

3.3 参考电路

参考

参考1：关于高速光耦6N137的使用总结