光耦作為一個(gè)隔離器件已經(jīng)得到廣泛應用，無(wú)處不在。
一般大家在初次接觸到光耦時(shí)往往感到無(wú)從下手，不知設計對與錯，隨著(zhù)遇到越來(lái)越多的問(wèn)題，才會(huì )慢慢有所體會(huì )。

本文就三個(gè)方面對光耦做討論：光耦工作原理；光耦的 CTR 概念；光耦的延時(shí)。
本討論也有認識上的局限性，但希望能幫助到初次使用光耦的同事。

理解光耦

光耦是隔離傳輸器件，原邊給定信號，副邊回路就會(huì )輸出經(jīng)過(guò)隔離的信號。
對于光耦的隔離容易理解，此處不做討論。

以一個(gè)簡(jiǎn)單的圖（圖.1）說(shuō)明光耦的工作：原邊輸入信號 Vin，施加到原邊的發(fā)光二極管和 Ri 上產(chǎn)生光耦的輸入電流 If，If 驅動(dòng)發(fā)光二極管，使得副邊的光敏三極管導通，回路VCC、RL 產(chǎn)生 Ic,Ic 經(jīng)過(guò) R L  產(chǎn)生 Vout，達到傳遞信號的目的。
原邊副邊直接的驅動(dòng)關(guān)聯(lián)是CTR（電流傳輸比），要滿(mǎn)足 Ic≤If*CTR。

光耦一般會(huì )有兩個(gè)用途：線(xiàn)性光耦和邏輯光耦，如果理解？

工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的光耦副邊三極管飽和導通，管壓降工作在線(xiàn)性狀態(tài)的光耦，Ic=If*CTR，副邊三極管壓降的大小等于 Vcc-Ic*R L ，Vout= Ic*R L=(Vin-1.6V)/Ri * CTR*R L ，Vout 大小直接與 Vin 成比例，一般用于反饋環(huán)路里面 (1.6V 是粗略估計，實(shí)際要按器件資料，后續 1.6V 同) 。

對于光耦開(kāi)關(guān)和線(xiàn)性狀態(tài)可以類(lèi)比為普通三極管的飽和放大兩個(gè)狀態(tài)。

通過(guò)分析實(shí)際的電路，除去隔離因素，用分析三極管的方法來(lái)分析光耦是一個(gè)很有效的方法。
此方法對于后續分析光耦的 CTR 參數，還有延遲參數都有助于理解。

光耦CTR

概要：1)對于工作在線(xiàn)性狀態(tài)的光耦要根據實(shí)際情況分析；2)對于工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的光耦要保證光耦導通時(shí) CTR 有一定余量；3)CTR 受多個(gè)因素影響。

2.1 光耦能否可靠導通實(shí)際計算

舉例分析，例如圖.1 中的光耦電路，假設 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦 CTR= 50%，光耦導通時(shí)假設二極管壓降為 1.6V，副邊三極管飽和導通壓降 Vce=0.4V。
輸入信號 Vi 是 5V 的方波，輸出 Vcc 是 3.3V。
Vout 能得到 3.3V 的方波嗎？

我們來(lái)算算：If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA

副邊的電流限制：Ic’≤ CTR*If = 1.7mA

假設副邊要飽和導通，那么需要 Ic’= (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA，大于電流通道限制，導通時(shí)，Ic 會(huì )被光耦限制到 1.7mA， Vout = Ro*1.7mA = 1.7V

副邊得到的是 1.7V 的方波。

為什么得不到 3.3V 的方波，可以理解為圖.1 光耦電路的電流驅動(dòng)能力小，只能驅動(dòng)1.7mA 的電流，光耦會(huì )增大副邊三極管的導通壓降來(lái)限制副邊的電流到 1.7mA。

解決措施：增大 If；增大 CTR；減小 Ic。
對應措施為：減小 Ri 阻值；更換大 CTR 光耦；增大 Ro 阻值。

將上述參數稍加優(yōu)化，假設增大 Ri 到 200 歐姆，其他一切條件都不變，Vout 能得到 3.3V的方波嗎？

重新計算：If = (Vi – 1.6V)/Ri = 17mA；副邊電流限制 Ic’≤ CTR*If = 8.5mA，遠

大于副邊飽和導通需要的電流(2.9mA)，實(shí)際 Ic = 2.9mA。

更改 Ri 后，Vout 輸出 3.3V 的方波。

開(kāi)關(guān)狀態(tài)的光耦，實(shí)際計算時(shí)，一般將電路能正常工作需要的最大 Ic 與原邊能提供的最小 If 之間 Ic/If 的比值與光耦的 CTR 參數做比較，如果 Ic/If ≤CTR，說(shuō)明光耦能可靠導通。
一般會(huì )預留一點(diǎn)余量（建議小于 CTR 的 90%）。

工作在線(xiàn)性狀態(tài)令當別論。

CTR受哪些因素影響

上一節說(shuō)到設計時(shí)要保證一定 CTR 余量。
就是因為 CTR 的大小受眾多因素影響，這些因素之中既有導致 CTR 只離散的因素（不同光耦），又有與 CTR 有一致性的參數（殼溫/If）。

1)光耦本身：以 8701 為例，CTR 在 Ta=25℃/If=16mA 時(shí)，范圍是(15%~35%)

說(shuō)明 8701 這個(gè)型號的光耦，不論何時(shí)/何地，任何批次里的一個(gè)樣品，只要在 Ta=25℃/If=16mA 這個(gè)條件下，CTR 是一個(gè)確定的值，都能確定在 15%~35%以?xún)取?br>計算導通時(shí)，要以下限進(jìn)行計算，并且保證有余量。
計算關(guān)斷時(shí)要以上限。

2)殼溫影響：

Ta=25℃條件下的 CTR 下限確定了，但往往產(chǎn)品里面溫度范圍比較大，比如光耦會(huì )工作在（-5~75℃）下，此種情況下 CTR 怎么確定？還是看 8701 的手冊：有 Ta-CTR 關(guān)系圖： 

從圖中看出，以 25 度的為基準，在其他條件不變的情況下，-5 度下的 CTR 是 25 度下的 0.9 倍左右，75 度下最小與 25 度下的 CTR 持平。

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

3) 受 If 影響。

假設如果實(shí)際的 If 是 3.4mA，那么如何確定 CTR 在 If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)條件下的最小 CTR 值。

查看 8701 的 If-CTR 曲線(xiàn)。
圖中給出了三條曲線(xiàn)，代表抽取了三個(gè)樣品做測試得到的If-CTR 曲線(xiàn)，實(shí)際只需要一個(gè)樣品的曲線(xiàn)即可。

注：此圖容易理解為下限/典型/上限三個(gè)曲線(xiàn)，其實(shí)不然。
大部分圖表曲線(xiàn)只是一個(gè)相對關(guān)系圖，不能圖中讀出juedui的參數值。

計算：選用最上面一條樣品曲線(xiàn)，由圖中查出，If=16mA 時(shí) CTR 大概 28%，在 If=3.4mA時(shí) CTR 大概在 46%。
3.4mA 是 16mA 時(shí)的 46%/28% = 1.64 倍；

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

以上所有分析都是基于 8701 的，其他光耦的特性曲線(xiàn)需要查用戶(hù)手冊，分析方法一樣。

光耦延時(shí)

上述 CTR 影響到信號能不能傳過(guò)去的問(wèn)題，類(lèi)似于直流特性。
下面主要分析光耦的延時(shí)特性，即光耦能傳送多快信號。

涉 及到 兩個(gè)參 數：光耦導通延時(shí) t plh  和 光耦關(guān)斷 延時(shí) t phl  ，以 8701 為例 ：在If=16mA/Ic=2mA 時(shí)候，關(guān)斷延時(shí)最大 0.8uS，導通延時(shí)最大 1.2uS。
用 8701 傳遞 500k以上的開(kāi)關(guān)信號就需要不能滿(mǎn)足。

下圖是一個(gè)實(shí)測的延時(shí)波形（ch4 原邊（紅），ch2 副邊（綠））

對于 t p  參數的設計更應該考慮余量，因為 t p  參數也受其他因素影響較多。

1) 受溫度影響

8701 的 Ta-If 特征曲線(xiàn)：溫度升高，開(kāi)關(guān)延時(shí)都會(huì )增大。

2) 受原邊 If 大小影響

8701 的 tp-If 特征曲線(xiàn)：If 增大，關(guān)斷延時(shí)減小，開(kāi)通延時(shí)增大

3) 受副邊 Ic 大小影響

8701 的 tp-R L  特征曲線(xiàn)：R L  減小，導通延時(shí)增大明顯

針對具體電路的特點(diǎn)，計算最大延時(shí)時(shí)也是采用與 CTR 一樣的方法，通過(guò)器件資料給定特定環(huán)境下的準確范圍，逐一通過(guò)三個(gè)曲線(xiàn)確定具體電路下的光耦最大延時(shí)。

同一個(gè)型號的光耦 CTR/延時(shí)特性是一致的，不同光耦的延時(shí)特性不盡相同，需要根據所用光耦的用戶(hù)手冊來(lái)確定。