电器应用中常用的隔离器件有光耦、继电器、变压器。

光耦属于流控型元件，以光为媒介传输信号：电→光→电，输入端是发光二极管，输出端是光敏半导体。光耦的核心应用是隔离作用，常用于输入与输出之间无共地的系统。所以输入与输出之间的耐压可达上千伏特。

光耦合器由两个部分组成，一个半导体发光源和一个光接收器组装在同一封闭的外壳中，其结构如图所示。光源主要是发光二极管，并且光接收器可以是光敏晶体管或光敏场效应管，光敏晶闸管和光敏集成电路。发光源和受光器彼此相对并且由透明绝缘材料隔离，从发光源引出的引脚是输入端，从受光器引出的引脚是输出端。当将电信号添加到输入端子时，发光二极管发光，并且相应的光接收器由于光敏效应而产生光电流，该光电流由输出端子输出。“光”是一个方向上电信号传输的媒介，设备的输入和输出端完全电绝缘。

光电耦合器的主要特性是：输入输出端之间的绝缘，绝缘电阻一般大于1010Ω，耐压一般可以超过1.5kV，有的甚至可以达到10kV以上；由于“光”传输的单向性，因此，当信号从光源传输到光接收器时将没有反馈，并且输出信号不会影响输入。另外，光耦合器可以很好地抑制干扰并消除噪声。它的响应速度快（时间常数通常在微秒或什至纳秒级），非接触，寿命长，体积小，耐冲击，易于与逻辑电路配合使用，使其得到了广泛的应用。例如，作为计算机数字通信和实时控制中的信号隔离接口设备，它可以大大提高其工作的可靠性；在单芯片开关电源中，可以使用线性光耦合器构成光耦合器反馈电路，并且可以通过改变占空比来调节控制端子电流，以达到精确稳压的目的。

光电耦合器的类型很多。如果根据输出形式的不同将其分为光电二极管型，通用型（即光电晶体管型，分为无基础引线和基础引线两种），达林顿（复合三极管）型，双向对称型，高速型，光敏电阻型，光电池型，光敏场效应管型，光敏晶闸管型（分为单向晶闸管和双向晶闸管），光学集成电路型等。

根据不同的传输信号，光电耦合器可分为两类：非线性（数字）光电耦合器和线性（模拟）光电耦合器。根据传输信号的速度，可以将其分为低速光电耦合器（光电晶体管，光电管等输出类型）和高速光电耦合器（带信号处理电路的光电二极管或光电集成电路输出类型）。根据隔离特性的不同，可分为普通隔离光耦合器（一般光绝缘胶灌封小于5kV，空气密封小于2kV）和高压隔离光耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。）。根据传输信号通道的数量，它可以分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。

光电耦合器的输入特性是内部光发射器（主要是发光二极管）的特性，而输出特性取决于内部光接收器。此外，在输入和输出之间还有一些参数，例如电流传输比CTR和绝缘电阻RISO，可表征整体性能。传输数字信号时，有一些参数，例如脉冲上升时间，下降时间和延迟时间。在传输交流信号时，还必须将诸如频率特性之类的参数。

很多通讯模块也是光耦隔离的，更容易实现各个系统之间的连接，完全不用考虑是否共地。

如图1为光耦控制继电器（小功率），为使光耦能有效驱动继电器，那么输出端的阻抗应较小，所以输入端的电流应较大，具体原因见下面分析。

图1：光耦控制继电器

如图2为开关信号经过光耦隔离输入至单片机，图中24V与3.3V不是共地的，且在控制系统中数字电压3.3V驱动能力有限，所以通常用开关电源的24V或12V作为开关信号的电源。

图2：光耦在输入输出隔离

以上两种普通的应用看似简单，但要正确使用光耦，就必须掌握光耦的输入和输出到底是什么关系？

光耦分为线性光耦和非线性光耦，实际常规应用中线性光耦较多，因为线性光耦可以替代非线性光耦，现在以线性光耦（PS2561A）做以下实验，换种角度了解TA的魅力。

如图3所示，调节光耦输入电流IF，测量输出的CE阻抗。

图3：光耦输入电流IF与输出CE阻抗关系实验

左边为输入电流IF，右边为输出CE阻抗

如图4所示，光耦输入与输出的限流电阻都是1k，且输入电压都相同，于是调节稳压源的电压值，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

左边为输入电流IF，右边为输出电流IC

如图5得到的实验数据，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。且最低阻抗大于100Ω。

图5：实验数据

所以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，图1中输入电阻360Ω，光耦输入正向压降1V左右，所输入电流IC为（5-1）/360≈11mA，光耦输出CE阻抗200Ω多点，而继电器HFD2线圈阻抗2880Ω，此时可正常驱动继电器，若IC电流变小，则CE阻抗变大后会导致不能正常驱动继电器。

线性光耦主要用于模拟信号的传递，输出相当于一个可变电阻。在开关电源中很常见，利用光藕做反馈，把高压和低压隔离。常用的有PC817、PS2561、PS2801。如前面例子也常用于开关信号。

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达到实时调节输出电压的目的。

图6：光耦在开关电源中的应用

非线性光耦主要用于开关信号（或数字信号）的传递，常用的4N系列的有4N25、4N26以及TIL117；另外还有高速光耦，如6N136、6N137、PS9714、PS9715等。多用于通讯隔离以及PWM波控制（可有效降低电磁干扰），判断是不是高速光耦，看数据手册是否注明 High speed（1Mbps、10Mbps）。

要点

①光耦的核心应用是隔离作用；

②相同电压下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，也可以匹配输出与输入的电阻来实现；

③用于开关信号线性光耦和非线性光耦都可以，反过来线性光耦电路中不能用非线性光耦代替。

④非线性光耦要比线性光耦响应速度快，类似于比较器比运算放大器响应速度快一样。