音频光耦合器在实际环境中的应用

    在音频系统中，输入和高电压/电流设备之间的隔离通常由音频变压器提供，但是也可以使用专用的音频光耦合器，它使用红外LED照明一个光电二极管作为输出设备，第二个光电二极管提供反馈，与光电晶体管或光敏电阻替代品相比，可确保改善的线性度和更宽的频率范围。使用来自第二个光电二极管的反馈，其特性与输出光电二极管的特性非常匹配，这也克服了光耦合器的基本问题。电流传输比的变化将影响光耦合器的性能。由于环境温度的变化和红外LED的老化，可能会发生变化。因此，光耦合器如图所示，可以在电路的整个生命周期中拥有更好的性能和稳定性。因此，这些专用设备比简单的通用光电耦合器贵得多。

    也可以将一些便宜得多的通用型光电晶体管光耦合器用于音频应用，例如很常见的4N25光耦系列，它通常用于低频数字信号（在饱和模式下））或直流应用（线性模式）以用于有限的音频应用。这是因为4N25具有可用的光电晶体管基极以及集电极和发射极的连接。这允许采用三种不同的连接方法，其中光电晶体管可以在共发射极模式（a），共集电极（发射极跟随器）模式（b）下操作，或用作光电二极管（c）。

    如图所示，当从基极连接（未连接发射极）获取光电晶体管输出时，基极/集电极结被用作光电二极管。由于光电晶体管现在不能用作放大器，因此不适用“米勒效应”（结电容值乘以晶体管的电流增益），因此基极/集电极结的有效大电容非常大降低了光耦合器的频率，从而允许光耦合器以更高的速度工作，这意味着在音频应用中，可以使用更宽的带宽，尽管这种工作模式大大降低了输出信号的幅度。

    在图所示的任何配置中，负载电阻的选择都会对输出信号产生重大影响。RL的值越高，输出信号的幅度就越大，但带宽越窄，因此所选择的RL的值是一个折中方案，具体取决于电路的目的。

    为了使4N25提供音频信号的隔离，必须使用DC电压对红外LED的输入进行适当的偏置，以便在施加调制AC（音频）信号时，可以改变流经LED的电流而不会达到光耦合器的输出饱和或截止。这实际上是线性工作模式的扩展，可以使用光电晶体管或光电二极管这两种基本配置之一来应用。

    下图显示了一种改进的电路，具有完整的音频带宽，通过在光电二极管模式下使用4N25实现，其中仅使用集电极基极结，形成的光电二极管的电容比全光电晶体管小得多。这种方法的缺点是现在4N25输出降低到毫伏而不是伏。因此，必须在光耦合器之后立即增加一个具有高输入阻抗的缓冲放大器（IC3a）。

    在缓冲级中不会发生电压放大，但是紧接着是x100电压放大器，从1.5Vpp的原始输入产生大约7.5Vpp的输出。如图所示，电路的音频带宽现在增加到覆盖从400Hz到18kHz的有用范围。仍然不是高保真音响，但作为音频放大器的一部分，对于许多隔离目的来说还是很有用的。

    在该电路的实验（面包板）版本中，在电路的输入和输出部分使用了+5V和+24V之间的不同电源电压，除了较低的电源电压要求幅度减小的信号以避免失真之外，没有任何问题。面包板上光耦合器周围产生的噪声可能是一个问题，但可以通过精心的PCB设计以及靠近IC的电源线的额外去耦来减少或消除。