為什么要在光耦輸入端并一個(gè)電阻？怎么理解CTR？

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, K$ |3 b% q) o$ a大家好，我是王工。前段時(shí)間有兄弟在群里討論光耦。光耦在電子設(shè)備中，真的還算用的比較多的，網(wǎng)上介紹也有很多，今天主要討論光耦的兩個(gè)話題。1、下圖的電阻R2有什么用？我們之前在拆解其它產(chǎn)品的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有的光耦輸入端會(huì)并聯(lián)一個(gè)電阻R2，而有的產(chǎn)品則沒(méi)有此電阻。

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2、光耦最重要的參數(shù)CTR。
為了照顧一些基礎(chǔ)不太好的同學(xué)，我們先來(lái)看看光耦的一些基礎(chǔ)知識(shí)。光耦又稱光電耦合器，它相當(dāng)于帶隔離功能的三極管，其原理也可以參考三極管的特性。所以我們一般在需要考慮隔離作用的場(chǎng)景下會(huì)選用光耦，同時(shí)由于光耦輸入輸出可用于兩種不同的電壓供電，所以也常常用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的電平轉(zhuǎn)換。

再看此圖，輸入端電壓VCC1供電，加到發(fā)光二極管和電阻R1上產(chǎn)生光耦的輸入電流 if，然后使副邊的光敏三極管導(dǎo)通，從而改變輸出信號(hào)，達(dá)到傳遞信號(hào)的目地。
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基本原理分析
, x" r0 e. U* O: u  h1 m輸入端GPIO為單片機(jī)的IO口，用來(lái)控制發(fā)光二極管的通斷，進(jìn)而控制輸出信號(hào)。
$ n( t, Z" A7 v0 @' D7 x/ _7 o: N當(dāng)GPIO為高時(shí)，光耦不導(dǎo)通，輸出output為高
1 @9 R+ Z& x/ T" K7 @) X/ H0 S當(dāng)GPIO為低時(shí)，光耦導(dǎo)通，輸出output為低。1、光耦輸入端并一個(gè)電阻有什么用？大家可以看到這個(gè)電阻是并聯(lián)在光耦輸入端的二極管上，我們測(cè)量發(fā)現(xiàn)這個(gè)電阻有的是1K，有的是2.7K，反正阻值都不是很大。通過(guò)分析，有一種說(shuō)法可能更合理一些，那就是防止光耦誤動(dòng)作，導(dǎo)致錯(cuò)誤信號(hào)的傳遞。怎么來(lái)理解呢？光耦的原理就是通過(guò)輸入端的發(fā)光二極管導(dǎo)通后形成的微弱電流，傳遞給次級(jí)的。大家可能都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，在沒(méi)有接地的電烙鐵焊LED燈時(shí)，燈會(huì)亮。所以發(fā)光二極管的靈敏度很高，一般幾個(gè)mA的電流足以點(diǎn)亮。

- w7 }+ |# i6 W. i! \. e% `) q; U+ Z在光耦的輸入端，也有寄生電容的存在，這個(gè)電容可能會(huì)影響光耦信號(hào)的正常傳遞。因?yàn)殡娙輧?nèi)存儲(chǔ)有電荷，如果此時(shí)并聯(lián)一個(gè)電阻，就會(huì)將電荷迅速泄放，就達(dá)不到二極管兩端的開啟電壓，從而可以正常通斷。所以這顆電阻有些產(chǎn)品有，有些產(chǎn)品沒(méi)有，因?yàn)闆](méi)有也能正常工作，只是有了的話，產(chǎn)品會(huì)更可靠一點(diǎn)。那么這個(gè)電阻的阻值該怎么取呢？阻值太大，起不到放電作用，阻值太小，也會(huì)影響光耦的開關(guān)。既然是為了放電，那肯定阻值越小越好，最小能到多少呢？說(shuō)到這里不得不說(shuō)光耦最重要的參數(shù)CTR。2、怎么理解CTR？CTR是英文current transfer ratio的縮寫，譯為電流傳輸比。
用公式表示：CTR= ic/if X 100%。其中ic表示輸出電流，if表示輸入。為了方便計(jì)算電阻R2的取值，我們以PC817為例，并給電路的輸入、輸出電壓及電阻賦值。令VCC1=3.3V，VCC2=12V，R1=330R，R2=4.7K，求電阻R2的最小值？
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打開datasheet，有幾個(gè)參數(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注一下，一會(huì)用得著：1、VF光耦輸入二極管的導(dǎo)通壓降，我們?nèi)∽畲笾?.4V；
2、CTR，它是一個(gè)范圍：50%~600%。也就是放大倍數(shù)在0.5~6倍。我們計(jì)算的時(shí)候，按照最低的50%使用。
. F5 n9 T4 y' ?+ Y3 R1 u/ Q1 Y# y3、Vce，副邊三極管導(dǎo)通后的壓降，我們?nèi)∽畲笾?.2V。
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為了方便觀看，我把電路圖復(fù)制到下方來(lái)。我們先來(lái)計(jì)算副邊電流IC：IC=（VCC2-Vce）/R3=（12-0.2）/4.7=2.51mA
根據(jù)CTR= ic/if X 100%，得：if= ic/CTR X 100% =2.51/0.5=5.02mA
再計(jì)算R1的電流
IR1=（VCC1-VF）/R1=（3.3-1.4）/330=5.76mA所以R2阻值為
9 I/ Z, P# W6 i2 z7 GR2=UR2/IR2=1.4/（5.76-5.02）=1.89K
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所以這個(gè)電阻R2的阻值一定要＞1.89K，可以取2K。以上數(shù)值王工大概給取的，不一定合理，主要是想讓大家更直觀的理解是怎么計(jì)算的。

有一點(diǎn)要注意的是，光耦對(duì)溫度很敏感，溫度一升起來(lái)，性能就會(huì)降低，這是大多數(shù)半導(dǎo)體都有的共性。
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5 C1 O( }$ b+ f( P0 N光耦其實(shí)還有一些參數(shù)沒(méi)有講，篇幅有限，今天就到這里了，大家有什么想法都可以在評(píng)論區(qū)留言。
寫在最后
, R( h4 a8 O' H1 k2 [! q都說(shuō)硬件工程師越老越吃香，這句話也證明硬件也是需要積累的，王工從事硬件多年，也會(huì)不定期分享技術(shù)好文，感興趣的同學(xué)可以加微信，或后臺(tái)回復(fù)“加群”，管理員拉你加入同行技術(shù)交流群。
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! N  A+ A' b+ E9 y( ~* {( u1 ~以下兩個(gè)電路，是之前技術(shù)交流群群友發(fā)的，王工做了一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，旨在幫助入門或轉(zhuǎn)行的同學(xué)理解學(xué)習(xí)（點(diǎn)擊圖片直接進(jìn)入）



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