電器應用中常用的隔離器件有光耦、繼電器、變壓器。

光耦屬于流控型元件，以光為媒介傳輸信號：電→光→電，輸入端是發光二極管，輸出端是光敏半導體。光耦的核心應用是隔離作用，常用于輸入與輸出之間無共地的系統。所以輸入與輸出之間的耐壓可達上千伏特。

光耦合器由兩個部分組成，一個半導體發光源和一個光接收器組裝在同一封閉的外殼中，其結構如圖所示。光源主要是發光二極管，并且光接收器可以是光敏晶體管或光敏場效應管，光敏晶閘管和光敏集成電路。發光源和受光器彼此相對并且由透明絕緣材料隔離，從發光源引出的引腳是輸入端，從受光器引出的引腳是輸出端。當將電信號添加到輸入端子時，發光二極管發光，并且相應的光接收器由于光敏效應而產生光電流，該光電流由輸出端子輸出。“光”是一個方向上電信號傳輸的媒介，設備的輸入和輸出端完全電絕緣。

光電耦合器的主要特性是：輸入輸出端之間的絕緣，絕緣電阻一般大于1010Ω，耐壓一般可以超過1.5kV，有的甚至可以達到10kV以上；由于“光”傳輸的單向性，因此，當信號從光源傳輸到光接收器時將沒有反饋，并且輸出信號不會影響輸入。另外，光耦合器可以很好地抑制干擾并消除噪聲。它的響應速度快（時間常數通常在微秒或什至納秒級），非接觸，壽命長，體積小，耐沖擊，易于與邏輯電路配合使用，使其得到了廣泛的應用。例如，作為計算機數字通信和實時控制中的信號隔離接口設備，它可以大大提高其工作的可靠性；在單芯片開關電源中，可以使用線性光耦合器構成光耦合器反饋電路，并且可以通過改變占空比來調節控制端子電流，以達到精確穩壓的目的。

光電耦合器的類型很多。如果根據輸出形式的不同將其分為光電二極管型，通用型（即光電晶體管型，分為無基礎引線和基礎引線兩種），達林頓（復合三極管）型，雙向對稱型，高速型，光敏電阻型，光電池型，光敏場效應管型，光敏晶閘管型（分為單向晶閘管和雙向晶閘管），光學集成電路型等。

根據不同的傳輸信號，光電耦合器可分為兩類：非線性（數字）光電耦合器和線性（模擬）光電耦合器。根據傳輸信號的速度，可以將其分為低速光電耦合器（光電晶體管，光電管等輸出類型）和高速光電耦合器（帶信號處理電路的光電二極管或光電集成電路輸出類型）。根據隔離特性的不同，可分為普通隔離光耦合器（一般光絕緣膠灌封小于5kV，空氣密封小于2kV）和高壓隔離光耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。）。根據傳輸信號通道的數量，它可以分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

光電耦合器的輸入特性是內部光發射器（主要是發光二極管）的特性，而輸出特性取決于內部光接收器。此外，在輸入和輸出之間還有一些參數，例如電流傳輸比CTR和絕緣電阻RISO，可表征整體性能。傳輸數字信號時，有一些參數，例如脈沖上升時間，下降時間和延遲時間。在傳輸交流信號時，還必須將諸如頻率特性之類的參數。

很多通訊模塊也是光耦隔離的，更容易實現各個系統之間的連接，完全不用考慮是否共地。

如圖1為光耦控制繼電器（小功率），為使光耦能有效驅動繼電器，那么輸出端的阻抗應較小，所以輸入端的電流應較大，具體原因見下面分析。

圖1：光耦控制繼電器

如圖2為開關信號經過光耦隔離輸入至單片機，圖中24V與3.3V不是共地的，且在控制系統中數字電壓3.3V驅動能力有限，所以通常用開關電源的24V或12V作為開關信號的電源。

圖2：光耦在輸入輸出隔離

以上兩種普通的應用看似簡單，但要正確使用光耦，就必須掌握光耦的輸入和輸出到底是什么關系？

光耦分為線性光耦和非線性光耦，實際常規應用中線性光耦較多，因為線性光耦可以替代非線性光耦，現在以線性光耦（PS2561A）做以下實驗，換種角度了解TA的魅力。

如圖3所示，調節光耦輸入電流IF，測量輸出的CE阻抗。

圖3：光耦輸入電流IF與輸出CE阻抗關系實驗

左邊為輸入電流IF，右邊為輸出CE阻抗

如圖4所示，光耦輸入與輸出的限流電阻都是1k，且輸入電壓都相同，于是調節穩壓源的電壓值，可以得到光耦輸入電流IF與輸出電流IC的關系。

圖4：輸入電流IF與輸出電流IC的關系實驗

左邊為輸入電流IF，右邊為輸出電流IC

如圖5得到的實驗數據，輸出電流IC與輸入電流IF曲線趨勢基本一致，CE阻抗小于1k左右呈線性變化。且最低阻抗大于100Ω。

圖5：實驗數據

所以使用線性光耦傳遞開關信號時，需要合理匹配輸入電阻的大小，圖1中輸入電阻360Ω，光耦輸入正向壓降1V左右，所輸入電流IC為（5-1）/360≈11mA，光耦輸出CE阻抗200Ω多點，而繼電器HFD2線圈阻抗2880Ω，此時可正常驅動繼電器，若IC電流變小，則CE阻抗變大后會導致不能正常驅動繼電器。

線性光耦主要用于模擬信號的傳遞，輸出相當于一個可變電阻。在開關電源中很常見，利用光藕做反饋，把高壓和低壓隔離。常用的有PC817、PS2561、PS2801。如前面例子也常用于開關信號。

圖7為圖6中開關電源內部的線性光耦，開關電源的輸出電壓經過線性光耦隔離并反饋到控制芯片達到實時調節輸出電壓的目的。

圖6：光耦在開關電源中的應用

非線性光耦主要用于開關信號（或數字信號）的傳遞，常用的4N系列的有4N25、4N26以及TIL117；另外還有高速光耦，如6N136、6N137、PS9714、PS9715等。多用于通訊隔離以及PWM波控制（可有效降低電磁干擾），判斷是不是高速光耦，看數據手冊是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。

要點

①光耦的核心應用是隔離作用；

②相同電壓下線性光耦輸入電阻與輸出電阻相同時，輸出電流IC基本與輸入電流IF一致；即使輸入與輸出電壓不同，也可以匹配輸出與輸入的電阻來實現；

③用于開關信號線性光耦和非線性光耦都可以，反過來線性光耦電路中不能用非線性光耦代替。

④非線性光耦要比線性光耦響應速度快，類似于比較器比運算放大器響應速度快一樣。