来源：贤集网 赵媛
耦合器是什么呢？其实它是在系统间传递功率的器件。在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器，主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。这些元器件一般都是线性多端口互易网络。在机械中，将驱动设备和被驱动设备的轴连接起来的设备，就叫耦合器。耦合器的主要优点是信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。接下来为大家介绍耦合器的原理、作用、主要应用场合、技术指标、分类及性能检测方法。
耦合器的原理：
老张的南北两侧的白菜地各分了3份，老张希望通过一次性水道改动，每份地从主干水道上获得一小部分水流，水流速度和其他的地尽量相同，如图1所示。
图1 水流均分图
这样老张就可以在树荫下歇一段时间，不用再做任何的水道改动，所有的地同时浇完。
耦合器是从无线信号主干通道中提取出一小部分信号的射频器件，如图2所示，与功分器一样都属于功率分配器件，不同的是耦合器是不等功率的分配器件。耦合器与功分器搭配使用，主要为了达到一个目标—使信号源的发射功率能够尽量平均分配到室内分布系统的各个天线口，使每个天线口的发射功率基本相同。
图2 耦合器实物
理想耦合器的输入端口功率等于耦合端口功率与输出端口功率之和，以瓦特（W）为单位，即
耦合器的作用
耦合器由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。耦合器的作用是实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。主要作用为：
1、将光信号转化为电信号；
2、将多模信号耦合成单模信号；
3、使两个光纤接头的截面光纤孔导通；
4、使两组光信号互相联通光。
耦合器主要应用场合
(1)在逻辑电路上的应用
耦合器可以构成各种逻辑电路，由于耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。
(2)作为固体开关应用
在开关电路中，往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离，对于一般的电子开关来说是很难做到的，但用耦合器却很容易实现。
(3)在触发电路上的应用
将耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。
(4)在脉冲放大电路中的应用
耦合器应用于数字电路，可以将脉冲信号进行放大。
(5)在线性电路上的应用
线性耦合器应用于线性电路中，具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。
(6)特殊场合的应用
耦合器还可应用于高压控制，取代变压器，代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下：
①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%～200%。这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF＞5.0mA)，才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。
②推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。
③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N××系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在国内应用地十分普遍。鉴于此类光耦合器呈现开关特性，其线性度差，适宜传输数字信号(高、低电平)，因此不推荐用在开关电源中。
耦合器技术指标
1、耦合度：信号功率经过耦合器，从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。
2、隔离度：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离；一般此指标仅用于衡量微带耦合器。并且根据耦合度的不同而不同：如：5－10dB为18～23dB，15dB为20～25dB，20dB（含以上）为：25～30dB；腔体耦合器的隔离度非常好所以没有此指标要求。
3、方向性：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值，由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB以上基本没有方向性，所以微带耦合器没有此指标要求，腔体耦合器的方向性一般为：1700～2200MHz时：17～19dB，824～960MHz时：18～22dB。
4、计算方法：方向性＝隔离度－耦合度。
5、插入损耗：指的是信号功率经过耦合器至输出端出来的信号功率减小的值再减去分配损耗的值所得的数值。一般插损对于微带耦合器则根据耦合度不同而不同，一般为：10dB以下的：0.35~0.5dB，10dB以上的：0.2~0.5dB。
6、输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，各端口要求则一般为：1.2~1.4。
7、功率容限：指的是可以在此耦合器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带耦合器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～200W平均功率。
8、频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。
9、带内平坦度：指的是在整个可用频段耦合度的最大值和最小值之间的差值，微带一般为：0.5~0.2dB。腔体：由于耦合度是一条曲线，所以没有此要求。
耦合器的分类
1、按光路径分
可分为外光路耦合器（又称光电断续检测器）和内光路耦合器。外光路耦合器又分为透过型和反射型耦合器。
2、按输出形式分
a、光敏器件输出型，其中包括光敏二极管输出型，光敏三极管输出型，光电池输出型，光可控硅输出型等。
b、NPN三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型，互补输出型等。
c、达林顿三极管输出型，其中包括交流输入型，直流输入型。
d、逻辑门电路输出型，其中包括门电路输出型，施密特触发输出型，三态门电路输出型等。
e、低导通输出型（输出低电平毫伏数量级）。
f、光开关输出型（导通电阻小余10Ω）。
g、功率输出型（IGBT/MOSFET等输出）。
3、按封装形式分
可分为同轴型，双列直插型，TO封装型，扁平封装型，贴片封装型，以及光纤传输型等。
4、按传输信号分
可分为数字型耦合器（OC门输出型，图腾柱输出型及三态门电路输出型等）和线性耦合器（可分为低漂移型，高线性型，宽带型，单电源型，双电源型等）。5、按速度分
可分为低速耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型）。
6、按通道分
可分为单通道，双通道和多通道耦合器。
7、按隔离特性分
可分为普通隔离耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V）和高压隔离耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。
8、按工作电压分
可分为低电源电压型耦合器（一般5～15V）和高电源电压型耦合器（一般大于30V）。
耦合器的性能检测方法
1、静态检测
由于耦合器中的发射管与接收管是互相独立的，因此可用万用表单独检测这两部分的好坏。检测可分三步进行。
第一步：利用 R × 100(或 R × 1k)挡测量光发射二极管的正、反向电阻，检测其单向导电性。发光二极管具有一般二极管的单向导电的特性，即正向电阻小，反向电阻大。通常正向电阻为几百欧，反向电阻为几千欧或几十千欧。如果检测结果正、反向电阻非常接近，表明发光二极管性能欠佳或已损坏。检测时，要注意只能使用万用表的 R × 10、R × 100 或 R × 1k 挡，不能使用 R × 10k 挡，因为发光二极管工作电压一般在 1.5～2.3V，万用表 R × 10k 挡电池电压为 9～15V，会导致发光二极管击穿。
第二步：检测光接收管的集电结与发射结的正、反向电阻。将万用表量程开关拨在 10 × 1k 挡，黑表笔接 c 极，红表笔接e 极，指针应微动；对调两表笔再测，指针应不动。也就是说，无论正、反向测量其阻值均应为无穷大，否则光敏三极管损坏。
第三步：用R × 10k 挡检测光发射管与光接收管之间的绝缘电阻。用万用表的R × 10k 挡检测其初、次级之间的绝缘电阻值，应测量两次(即两表笔对调一次)。光电隔离器初、次级绝缘电阻应为∞。上述发光二极管或光敏三极管只要有一个损坏，或者它们之间绝缘不良，则该只耦合器不能正常使用。
2、性能测量
检测电路如下图所示，耦合器的发光二极管两输入端接入两节 1.5V 的电池，二极管正端接电池正极，负端接电池负极，R 为限流电阻。用万用表R × 1 挡测光敏三极管正向电阻值，应为10～30Ω，反向电阻值为∞，说明耦合器性能良好。若所测数值远离上述值，则表明耦合器性能欠佳或损坏。
运用上述方法检测不同型号的耦合器时因其引脚不同，发光二极管工作电压的接法也应有所不同。所以在检测时，应先根据其内部电路找出其输入与输出端的引脚，然后根据其发光二极管工作电压并串入相应的限流电阻R后，再测光敏三极管c、e极之间的正、反向电阻。
关于耦合器的相关知识，就先介绍到这里啦！还要注意，耦合器的重要指标是耦合度和插损。耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值。耦合度的绝对值越大，相当于拿走的东西越少，自然耦合器的损耗就越小。插损是输出端口与输入端口的功率之比。耦合度的绝对值越大，插损的绝对值越小。如今，随着数字通信技术的迅速发展以及光隔离器和固体继电器等自动控制部件在机械工业中的应用不断扩大，特别是微处理机在各个领域中的应用推广( 有时一台微机上的用量可达十几个甚至上百个) 和产品性能的逐步提高， 耦合器的应用市场将日益扩大， 同时， 其社会效益和经济效益也会十分显着。耦合器的优良特性，为我们的设计(尤其是隔离设计)带来了很大的方便、可靠，使我们的设计变的简单、可靠。随着科技的发展，已经产生了很多更新更好用的耦合器，如双向光耦、固态继电器等等。未来，也必定将有更完美的耦合器为我们的设计带来更大的进步。今后，耦合器将向高速化、高性能， 小体积， 轻重量的方向发展。
希望以上所介绍的知识，能够给大家带来帮助！
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