在电器应用领域，光耦作为一种常用的隔离器件，扮演着至关重要的角色。尽管光耦的应用看似简单，但实际上其中蕴含着许多需要注意的要点。
在电器应用中，常见的隔离器件包括光耦、继电器和变压器。光耦属于流控型元件，它以光为媒介来传输信号，遵循 “电→光→电” 的转换过程。其输入端是发光二极管，输出端则是光敏半导体。光耦的应用在于隔离作用，尤其适用于输入与输出之间无共地的系统，能够实现输入与输出之间上千伏特的耐压。许多通讯模块也采用光耦隔离技术，这样可以更轻松地实现各个系统之间的连接，而无需考虑是否共地。
图 1 展示了光耦控制继电器（小功率）的应用。为了使光耦能够有效地驱动继电器，输出端的阻抗应较小，这就要求输入端的电流较大。具体原因我们将在后续分析中详细探讨。
图 1：光耦控制继电器
图 2 呈现了开关信号经过光耦隔离输入至
单片机的情况。在该图中，24V 与 3.3V 并非共地，并且在控制系统中，数字电压 3.3V 的驱动能力有限，因此通常会使用开关电源的 24V 或 12V 作为开关信号的电源。
图 2：输入输出隔离
以上两种普通的应用场景看似简单，但要正确使用光耦，就必须深入了解光耦的输入和输出之间的关系。光耦可分为线性光耦和非线性光耦，在实际常规应用中，线性光耦更为常见，因为线性光耦可以替代非线性光耦。接下来，我们以线性光耦（PS2561A）为例进行实验，从另一个角度来领略它的魅力。
图 3 展示了调节光耦输入电流 IF 并测量输出的 CE 阻抗的实验。
图 3：输入电流 IF 与输出 CE 阻抗关系实验
图中左边为输入电流 IF，右边为输出 CE 阻抗。
图 4 中，光耦输入与输出的限流电阻均为 1k，且输入电压相同。通过调节稳压源的电压值，我们可以得到光耦输入电流 IF 与输出电流 IC 的关系。
图 4：输入电流 IF 与输出电流 IC 的关系实验
图中左边为输入电流 IF，右边为输出电流 IC。
从得到的实验数据可以看出，输出电流 IC 与输入电流 IF 曲线趋势基本一致，CE 阻抗小于 1k 左右呈线性变化，且阻抗大于 100Ω。
因此，在使用线性光耦传递开关信号时，需要合理匹配输入电阻的大小。以图 1 为例，输入电阻为 360Ω，光耦输入正向压降约为 1V，那么输入电流 IC 为 (5 - 1) / 360 ≈ 11mA，此时光耦输出 CE 阻抗为 200Ω 多点，而继电器 HFD2 线圈阻抗为 2880Ω，能够正常驱动继电器。若 IC 电流变小，则 CE 阻抗变大，可能导致无法正常驱动继电器。
线性光耦主要用于模拟信号的传递，其输出相当于一个可变电阻。在开关电源中，利用光耦做反馈，可以将高压和低压进行隔离。常见的线性光耦有 PC817、PS2561、PS2801 等，如前面的例子所示，它们也常用于开关信号的处理。
图 6 展示了光耦在开关电源中的应用。
图 6：光耦在开关电源中的应用
图 7 为图 6 中开关电源内部的线性光耦，开关电源的输出电压经过线性光耦隔离并反馈到控制芯片，从而实现对输出电压的实时调节。
图 7：开关电源内部的光耦
非线性光耦主要用于开关信号（或数字信号）的传递，常见的 4N 系列有 4N25、4N26 以及 TIL117 等。此外，还有高速光耦，如 6N136、6N137、PS9714、PS9715 等，它们多用于通讯隔离以及 PWM 波控制，能够有效降低电磁干扰。判断一个光耦是否为高速光耦，可以查看数据手册中是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。
下面为大家总结一些光耦应用的要点：
- 光耦的应用是隔离作用。
- 在相同电压下，当线性光耦输入电阻与输出电阻相同时，输出电流 IC 基本与输入电流 IF 一致；即使输入与输出电压不同，也可以通过匹配输出与输入的电阻来实现这一关系。
- 对于开关信号的传递，线性光耦和非线性光耦都可以使用，但在线性光耦电路中不能用非线性光耦代替。
- 非线性光耦的响应速度比线性光耦快，这类似于比较器比运算放大器响应速度快的原理。
