為什么要在光耦輸入端并一個(gè)電阻?怎么理解CTR?

前段時(shí)間有兄弟在討論光耦。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)品則沒有此電阻。

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。

基本原理分析

輸入端GPIO為單片機(jī)的IO口，用來控制發(fā)光二極管的通斷，進(jìn)而控制輸出信號(hào)。

當(dāng)GPIO為高時(shí)，光耦不導(dǎo)通，輸出output為高

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。 通過分析，有一種說法可能更合理一些，那就是防止光耦誤動(dòng)作，導(dǎo)致錯(cuò)誤信號(hào)的傳遞。 怎么來理解呢？光耦的原理就是通過輸入端的發(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。

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)品沒有，因?yàn)闆]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？ 說到這里不得不說光耦最重要的參數(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？

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。 3、Vce，副邊三極管導(dǎo)通后的壓降，我們?nèi)∽畲笾?.2V。

為了方便觀看，我把電路圖復(fù)制到下方來。我們先來計(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/CTRX 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

R2=UR2/IR2=1.4/（5.76-5.02）=1.89K

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，性能就會(huì)降低，這是大多數(shù)半導(dǎo)體都有的共性。