文章插圖
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什么是光耦合器？
光耦合器是看起來像這樣的集成電子元件 。
該設備基本上是一個固態繼電器，可將兩個獨立的電路互連 。電路一連接在引腳 1 和 2 之間，第二個電路連接在引腳 3 和 4 之間 。這允許電路 1 控制電路 2 。我們也可以用它來傳輸信號，但兩個電路彼此電隔離其他 。
由于分離，這兩個電路因此可以使用不同的電壓和電流 。我們可以通過向電路二的輸出添加其他組件（例如晶體管）來擴展設備的功能 。這使我們能夠控制更高的電壓和電流并自動化電路控制 。
它是如何工作的？
光耦合器有多種變體，但本文將堅持使用基本的光電晶體管版本 。當我們查看這個光耦合器的符號時，我們看到左側有一個 LED 符號，右側的符號看起來非常類似于晶體管，這是因為它是被稱為光電晶體管的晶體管的改進版本 。端子被命名為集電極和發射極，就像普通晶體管一樣，只是我們缺少基極引腳 。
順便說一下，我們在上一篇文章中詳細介紹了晶體管的工作原理，請單擊此處 。
光耦合器內的晶體管的工作原理略有不同 。它還可以阻止主電路中的電流，但它充當接收器 。當 LED 發出的光照射到晶體管上時，這將打開它并允許電流在主電路中流動 。
LED 和晶體管都封裝在外殼內，所以我們看不到它們，但我們可以看到它們如何與這些簡單的電路一起工作，我們將在本文后面進行介紹 。
那么LED是如何開啟晶體管的呢？在光電晶體管內部，我們有不同的半導體材料層 。有N型和P型，夾在一起 。N型和P型均由硅制成，但它們都與其他材料混合以改變其電氣特性 。N 型已與一種材料混合，這為其提供了許多額外的和不需要的電子 。這些可以自由移動到其他原子 。P 型已與另一種電子較少的材料混合 。所以，這有很多電子可以移動的空白空間 。
因此，我們可以僅使用一束光來控制次級電路 。
這是因為半導體材料 。在普通電線中，銅是導體，橡膠是絕緣體 。電子可以很容易地流過銅，但它們不能流過橡膠絕緣體 ?？匆幌陆饘賹w的基本模型，我們在中心有一個原子核，周圍有許多軌道殼層，這些殼層包含電子 。每個殼層擁有最大數量的電子，一個電子需要一定量的能量才能被每個殼層接受，離原子核最遠的那些能量最大 。
最外層的殼稱為價殼，導體的價殼中有 1 到 3 個電子 。電子由原子核固定在適當的位置，但還有另一個稱為導帶的殼層 。如果一個電子可以到達這個導帶，那么它就可以脫離原子并移動到其他原子 。
對于金屬原子，例如銅，價殼層和導帶重疊，因此電子很容易脫離并移動到另一個原子 。使用絕緣體時，最外層的外殼被擠滿，幾乎沒有空間供電子加入 。原子核緊緊抓住電子，而導帶距離很遠，因此電子無法到達導帶以逃逸 。因此電流不能流過這種材料 。但是，半導體則不同，它的價殼層中的電子太多，無法成為導體，因此它的作用類似于絕緣體 。但是，導帶非常接近，所以如果我們給電子提供一些外部能量，一些電子就會獲得足夠的能量，從而跳入導帶并變得自由 。所以，
我們將看到的第一個電路使用一個光敏電阻器和一個白色 LED 。LDR 的電阻取決于它暴露在多少光線下 。在黑暗中它具有非常高的電阻，在明亮的光線中它具有非常低的電阻 。
這個白色 LED 的額定電流為 20mA，如果我將它連接到直流工作臺電源，我們看到它需要 3V 才能達到 20mA 。
因此，在初級電路上，我們需要一個電壓降為 3V 并使用 0.02A 電流的白光 LED 。我們將用一個開關控制它并使用 9V 電池為電路供電 。電阻為 LED 的 9V 減去 3V，等于 6V 。這將是電阻器的壓降 。電路電流為 0.02A，因此 6V 除以 0.02A 為 300 歐姆 。
現在，它可以在 0.02A 下正常工作，但我將使用稍高的電阻值來降低 LED 的電流，這也會稍微降低 LED 的亮度 。我將使用一個 330 歐姆和一個 22 歐姆的電阻器，它們結合起來形成 352 歐姆的電阻 。6V 除以 352 歐姆為 0.017A 。
在次級側，我們有一個壓降為 2V 和電流為 0.02A 的紅色 LED，它會亮起表示電路正在工作 。我們將 LDR 放置在白色 LED 的對面，當暴露在光線下時，這將提供大約 70Ω 歐姆的電阻 。要找到 LED 的電阻，我們只需要做 9V 減去 2V，即 7V 。7V 除以 0.02A 是 350 歐姆 。LDR 的 350 減去 70 歐姆是 280 歐姆 。取而代之的是，我將使用兩個等于 300 歐姆的 150 歐姆電阻器 。因此，假設 LDR 為 70 歐姆，我們有 370 歐姆的電阻 。7V 除以 370 歐姆為 0.019A 。
這阻擋了房間的環境光，LED 現在關閉 。當我按下初級電路上的按鈕時，白色 LED 亮起，這會照亮 LDR，從而打開次級側的紅色 LED 。
電路 2 – 紅外發射器和接收器
電路 1 的問題是自然光激活了電路 。因此，對于該電路，我們將使用紅外發射器和接收器代替 。
在初級側，我們有一個紅外線發射器，我使用的那個額定電流為 30mA，但我將使用比這更少的電流 。當我測試 LED 時，我們看到 1.2V 的電流為 0.02A 。所以，我們將使用這個值 。順便說一下，如果你用眼睛看這個，你不會看到任何光，因為它是紅外線，而人類看不到紅外線，所以你會假設它是關閉的，但事實并非如此 。如果您使用手機的攝像頭，您會看到它實際上已開啟 。您可以使用電視遙控器自行測試，因為它也使用紅外線 。
因此，在初級側，我們有一個 9V 電源和一個壓降為 1.2V 的紅外 LED 發射器 。我們在電路中放置一個紅色 LED 來指示電路何時被激活，因為我們看不到紅外線 。這有 2V 的壓降和 0.02A 的電流需求，所以 9v 減去 2V 減去 1.2V 是 5.8V 。電路的電流將為 0.02A，因此 5.8V ÷ 除以 0.02A 是 290Ω 歐姆 。我沒有 290 歐姆的電阻器，所以我將使用 270 和 22 歐姆的電阻器 。這給出了 292 歐姆 。5.8V 除以 292 歐姆是 0.01986A，所以沒問題 。我們還將使用一個開關來控制它 。
在次級側，我們有接收器 LED，該 LED 的額定電壓高達 1.4V 和 30mA 。我們將在這一側包含一個紅色 LED，以指示電路何時被激活 。它的壓降為 2V，電流為 0.02A 。所以，我們在電源上有 9v，減去 2V，減去 1.4V 是 5.6V 。5.6 除以 0.02A 是 280 歐姆 。我將使用 270 歐姆和 10 歐姆來獲得所需的 280 歐姆 。
電路 3 光耦合器電路 。
第三個電路使用PC817光耦合器 。
輸入端使用內部 LED，LED 額定電壓為 1.2V 和 20mA 。我可以將一個連接到直流電源，看到 1.2V 時電流為 0.02A，因此我們將使用此值 。在輸入端，我們將使用一個開關來控制電路和一個紅色 LED 來指示電路何時被激活 。這具有 2V 的壓降和 0.02A 的電流 。所以用 9V 電源，9V 減去 2V，減去 1.2V 就是 5.8V 。5.8V 除以 0.02A 是 290 歐姆 。我將使用一個 270 歐姆和一個 22 歐姆的電阻來制作 292 歐姆 。5.8V 除以 292 歐姆是 0.01986A，所以這很好 。
對于次級側，光耦合器的額定電流最大為 50mA 。我們將在次級側使用紅色 LED，其電壓降為 2V，電流為 0.02A 。次級側將有一個 9V 電源，正極連接到集電極，發射極連接到負極 。我們必須使用電阻器，否則會損壞光耦合器 。
查看制造商的數據表，我們看到了一個帶有集電極電流 v 的集電極發射極電壓的圖表 。我們的紅色 LED 的集電極電流為 20mA 。所以閱讀我們移動的圖表，直到我們到達 20ma 線，這表明集電極發射極電壓為 2V 。
我們有一個 9V 電源，因此 9V 減去 LED 的 2V 和晶體管集電極發射極的 2V，等于 5V 。5V除以0.02A的集電極電流為250歐姆 。我沒有 250 歐姆的電阻器，所以我將使用 100 歐姆和 150 歐姆的電阻器，它們組合形成 250 歐姆 。
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