光耦合器亦稱(chēng)光電隔離器或光電耦合器，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號(hào)耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。
所謂電平，是指兩功率或電壓之比的對(duì)數(shù)，有時(shí)也可用來(lái)表示兩電流之比的對(duì)數(shù)。電平的單位分貝用dB表示。常用的電平有功率電平和電壓電平兩類(lèi)，它們各自又可分為絕對(duì)電平和相對(duì)電平兩種。
使用光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換
首先要根據(jù)要處理的信號(hào)的頻率來(lái)選擇合適的光耦。高頻（20K~1MHz）可以用高速帶放大整形的光藕，如6N137/TLP113/TLP2630/4N25等。如果是20KHz以下可用TLP521。然后搭建轉(zhuǎn)換電路。如將3.3V信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V信號(hào)。電路如下圖：
CP是3.3V的高速信號(hào)，通過(guò)高速光耦6N137轉(zhuǎn)換成5V信號(hào)。如果CP接入的是5V的信號(hào)VCC=3.3V，則該電路是將5V信號(hào)轉(zhuǎn)換成3.3V信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：電路搭建簡(jiǎn)單，可以調(diào)制出良好的波形，另外光耦還有隔離作用。缺點(diǎn)：對(duì)輸入信號(hào)的頻率有一定的限制。
光電耦合器電平轉(zhuǎn)換電路圖
對(duì)于不同電平的轉(zhuǎn)換電路或輸入、輸出電路的電位需要分開(kāi)時(shí)，采用光電耦合器就顯得十分方便了。圖中的（a）與（b）圖示電路，就是5V電源的TTL集成電路與15V電源的HTL集成電路，相互連接進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的基本電路。圖（a）中，TTL門(mén)電路導(dǎo)通時(shí)，即輸出低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管輸出高電平；TTL門(mén)電路截止時(shí)，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出低電平。圖（b）中，則是利用TTL截止輸出高電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管輸出低電平；TTL導(dǎo)通輸出低電平，發(fā)光二極管截止，光電三極管輸出高電平。在進(jìn)行具體應(yīng)用時(shí)，因CMOS集成電路在低電平時(shí)的電流只有1～2mA，難以直接驅(qū)動(dòng)所接的負(fù)載，故一般需加一級(jí)三極管放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。
光耦隔離的串口電平轉(zhuǎn)換器
光耦隔離的串口電平轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵經(jīng)過(guò)改進(jìn)，現(xiàn)在形成了如下的電路。雖然非原裝的MAX232很便宜，但是電路兩邊是共地的，有時(shí)候就不那么方便了。用光耦隔離需要解決的主要問(wèn)題是：RXD線上的正電壓和負(fù)電壓從哪里得到？ 當(dāng)然，必須從串口上“取電”，只要沒(méi)打算用隔離DC-DC電源的話。串口取電也不能大了，安全起見(jiàn)在正負(fù)4mA以?xún)?nèi)。我這個(gè)電路假定串口是PC上的9針串口，否則不保證能工作。
U4是74HC14，U3 AMS1117-1.8的穩(wěn)壓電路使發(fā)送時(shí)候光耦中LED的電流不隨電源電壓變化。這個(gè)電路在3.0V--5.5V都能穩(wěn)定跑到115200bps的波特率。在232這邊，DTR和RTS這兩根信號(hào)線至少需要有一個(gè)是正電壓（軟件打開(kāi)串口以后一般是這樣的）。D1~D6都用1N4148， Q1， Q2用9015， A1015這些通用管就可以了。232口的RXD需要的正壓和負(fù)壓分別由DTR+RTS， TXD提供。TXD空閑時(shí)候是輸出負(fù)壓的，PC在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TXD也會(huì)有負(fù)壓，經(jīng)R10和D4給C1充電后，使Q2的集電極保持有一定的負(fù)壓。光耦U1未導(dǎo)通時(shí)，Q1截至，RXD上出現(xiàn)負(fù)壓。Q1在這里起到放大光耦信號(hào)的作用，4N37工作在非飽和態(tài)，才能滿足速度要求。
U1也可以用4N25， 4N26等，R6和R11要作些調(diào)整。U2本人也試用過(guò)6N136 （因?yàn)?N137是10Mbps級(jí)的，在這里大材小用了），但調(diào)試發(fā)現(xiàn)大不如6N137好用