一、定義與現(xiàn)狀

光電子器件是光電子技術(shù)的關(guān)鍵和核心部件，是利用電-光子轉(zhuǎn)換效應(yīng)制成的各種功能器件。光電子技術(shù)是涉及光波范圍內(nèi)的電磁輻射產(chǎn)生、接收、傳輸、處理與顯示的技術(shù)，是現(xiàn)代光電技術(shù)與微電子技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域，是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分。采用光電子技術(shù)的武器裝備具有看得更清、反應(yīng)更快、打得更準(zhǔn)和生存能力更強的優(yōu)勢。

據(jù)研究機構(gòu)IC Insights發(fā)布的2018年OSD報告，光電子器件（Optoelectronics）、傳感器（Sensors）、分立器件（Discretes）（Optoelectronics,Sensors及Discretes，合稱“OSD”）作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的三個細(xì)分市場，在2017年全球共計實現(xiàn)753億美元銷售額，同比增長11%，在過去20年里是平均年度增長率的1.5倍以上。

2017年，光電子器件銷售從2016年罕見的4%下降率，恢復(fù)成9%的增長率，其銷售額達(dá)369億美元。OSD報告預(yù)測，2018年，光電子器件增長8%，如下圖所示。

圖1 O-S-D市場增長情況

2017年到2022年，預(yù)計光電子器件銷售量以7.3%的年復(fù)合增長率（CAGR）增長到524億美元。未來五年，受通信升級、圖像識別、智能控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等強勁的需求拉動，2022年OSD總銷售額將持續(xù)增長，功率分立器件（晶體管及其它設(shè)備）伴隨手機及電池的增長，也將穩(wěn)步提升。

但不容忽視的是，我國光電子產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)能力依然薄弱，與發(fā)達(dá)國家相比，總體呈現(xiàn)出“應(yīng)用強、技術(shù)弱、市場厚、利潤薄”的結(jié)構(gòu)，整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡。這已逐漸成為制約我國光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此高效選用現(xiàn)有的光電子器件對提高裝備性能的必要性和緊迫性是不言而喻的。

二、典型應(yīng)用電路

光電子技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個分支，也是半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、材料技術(shù)、光學(xué)、通信、計算機等多學(xué)科交叉產(chǎn)生的新技術(shù)。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，包括光輻射（激光器）、光探測、光傳輸、光處理、光顯示、光存儲、光集成以及光轉(zhuǎn)換（光伏）等多個領(lǐng)域。其中，光電耦合器作為光處理領(lǐng)域的典型代表產(chǎn)品，在型號裝備上起著不可或缺的作用。

光電耦合器是一種把紅外光發(fā)射器件和紅外光接收器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。當(dāng)輸入電信號加到輸入端發(fā)光器件LED上，LED發(fā)光，光接收器件接收光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實現(xiàn)了“電－光－電”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇椋蚨斎攵伺c輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。

圖2 常見光電耦合器

三、光電耦合器的分類

由于光電耦合器的品種和類型非常多，通常可以按以下方法進(jìn)行分類：

1.按輸出形式分，可分為：

（1）晶體管輸出型，其中包括交流輸入型、直流輸入型、互補輸出型等。

（2）達(dá)林頓管輸出型，其中包括交流輸入型、直流輸入型、兩端輸出型和三端輸出型，如圖3所示。

圖3 晶體管/達(dá)林頓管輸出型光電耦合器典型應(yīng)用電路

說明：電路連接方式為集電極反相輸出。

輸入設(shè)計：IF=,一般IF=0～50mA

輸出設(shè)計：IO=,VO為輸出電壓

（3）光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型、光電池輸出型、光可控硅輸出型等。

（4）邏輯門電路輸出型，其中包括集電極開路（OPEN COLLECTOR）輸出型。圖騰柱（TOTEM POLE）輸出型，三態(tài)門電路輸出型等，如圖4。

圖4 多通道產(chǎn)品的TTL/LSTTL到CMOS的接口電路

I F =,一般IFL=0～250μA，IFH=8～20mA

其中，VIN為輸入端TTL電平電壓，VF為光耦發(fā)光二極管的電壓。

（5）低導(dǎo)通輸出型，輸出低電平為毫伏數(shù)量級。

（6）光開關(guān)輸出型，導(dǎo)通電阻小于10Ω。

（7）功率輸出型，IGBT/MOSFET等輸出。

2.按光路徑分，可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測器）和內(nèi)光路光電耦合器。外光路光電耦合器又分為透過型和反射型光電耦合器。

3.按封裝形式分，可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型等。

4.按傳輸信號分，可分為數(shù)字型光電耦合器：集電極開路輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等；線性光電耦合器：低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源型等。

5.按速度分，可分為低速光電耦合器（光敏三極管、光電池等輸出型）和高速光電耦合器（光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型）。

6.按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

7.按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器（一般光學(xué)膠灌封低于5000V，空封低于2000V）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kV,20kV,30kV等）。

8.按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）。