2.4 半導(dǎo)體組合型特種探測(cè)器件

將半導(dǎo)體光電探測(cè)器件組合在一塊硅片上，可制造出按一定方式排列的具有相同光電特性的光電探測(cè)器件陣列。這種集成組合探測(cè)器件可廣泛應(yīng)用于光電準(zhǔn)直、光電編碼、光電跟蹤、圖像識(shí)別等方面。用它們代替由分立器件組成的變換裝置，不僅具有光敏點(diǎn)密集、結(jié)構(gòu)緊湊、光電特性一致性好、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，而且可以完成分立元件所無法完成的探測(cè)工作。下面就介紹幾種應(yīng)用較多的典型的半導(dǎo)體光電探測(cè)器組合件。

2.4.1 象限探測(cè)器

目前，市場(chǎng)上的光電器件組合件主要有硅光電池、硅光電二極管、硅光電三極管組合件。它們分別排列成象限式、陣列式、楔環(huán)式和按指定編碼規(guī)則組成的列陣方式。

幾種典型的象限陣列光電探測(cè)器件組合件如圖2-27所示。其中，圖2-27（a）為二象限光電探測(cè)器件組合件，它是在一片PN結(jié)光電二極管（或光電池）的光敏面上經(jīng)光刻的方法制成兩個(gè)面積相等的P區(qū)（前極為P型硅），形成一對(duì)特性參數(shù)極為相近的PN結(jié)光電池（或光電二極管）。這樣構(gòu)成的光電池（或光電二極管）組合件具有1維位置的檢測(cè)功能，或稱為具有二象限的探測(cè)功能。當(dāng)被測(cè)光斑落在二象限器件的光敏面上時(shí)，光斑偏離的方向或大小就可以被如圖2-28（b）所示的電路探測(cè)出來。如圖2-28（a）所示，光斑偏向 P2區(qū)，P2的電流大于P1的電流，放大器的輸出電壓將為大于0的正電壓，電壓值的大小反映光斑偏離的程度；反之，若光斑偏向 P1區(qū)，輸出電壓將為負(fù)電壓，負(fù)電壓的大小反映光斑偏向 P1的程度。因此，由二象限器件組成的電路具有一維位置的探測(cè)功能。這在薄板材料的生產(chǎn)中常被用來探測(cè)和控制邊沿的位置，以便卷制成整齊的卷。并且，還可用于光電準(zhǔn)直（在第5章中介紹）等。

圖2-27（b）為四象限光電探測(cè)器件組合件，它具有二維位置的探測(cè)功能，可以完成光斑在x，y兩個(gè)方向的偏移。

采用象限光電探測(cè)器件組合件測(cè)定光斑的中心位置（也是一種亮度中心的測(cè)定），可根據(jù)器件坐標(biāo)軸線與測(cè)量系統(tǒng)基準(zhǔn)線間的安裝角度的不同，采用下面不同的電路形式進(jìn)行測(cè)定。

1. 和差電路

當(dāng)器件坐標(biāo)軸線與測(cè)量系統(tǒng)基準(zhǔn)線間的安裝角度為0°（器件坐標(biāo)軸線與測(cè)量系統(tǒng)基準(zhǔn)線平行）時(shí)，可采用如圖2-29所示的和差探測(cè)電路。首先，用加法器先計(jì)算相鄰象限輸出光電信號(hào)之和；其次，再計(jì)算和信號(hào)之差；最后，通過除法器獲得偏差值。

設(shè)入射光斑形狀為彌散圓，其半徑為 r，光出射度均勻，投射到四象限組合器件每個(gè)象限上的面積分別為S1、S2、S3、S4，光斑中心O′相對(duì)器件中心O的偏移量OO′=p（可用直角坐標(biāo)x、y表示），由運(yùn)算電路得到的輸出偏離信號(hào)分別為

ux =K[(u1 + u4)- (u2 + u3 )]

uy =K[(u1 + u2)- (u3 + u4 )]

式中，K 為放大器的放大倍數(shù)，它與光斑的直徑和光出射度有關(guān)；u1、u2、u3、u4分別為4個(gè)象限輸出的信號(hào)電壓經(jīng)放大后的電壓值；u x、u y分別表示光斑在x方向和y方向偏離四象限組合器件中心（O點(diǎn)）的情況。

為了消除光斑自身總能量的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通常采用和差比幅電路（除法電路），經(jīng)比幅電路處理后，輸出的信號(hào)為

和差電路的特點(diǎn)是測(cè)量靈敏度較高，非線性影響較小，對(duì)目標(biāo)光斑的不均勻性適應(yīng)性較強(qiáng)，適用于高精度的定位測(cè)量。但信號(hào)處理電路復(fù)雜，需要進(jìn)行多次和差運(yùn)算。各環(huán)節(jié)性能的差異也會(huì)引起測(cè)量誤差。

2. 直差電路

當(dāng)四象限探測(cè)器件的坐標(biāo)與基準(zhǔn)線成45°時(shí)，常采用如圖2-30所示的直差電路。直差電路輸出的偏移量為

該種方式的電路簡(jiǎn)單，但它的靈敏度相對(duì)較低，線性等特性也相對(duì)較差。

象限光電探測(cè)器件組合雖然能夠用于光斑相位的探測(cè)、跟蹤和對(duì)準(zhǔn)工作，但是，它的測(cè)量精度受到器件本身缺陷的限制。象限光電探測(cè)器件組合件的明顯缺陷為：①光刻分割區(qū)將產(chǎn)生盲區(qū)，盲區(qū)會(huì)使微小光斑的測(cè)量受到限制；②被測(cè)光斑全部落入某一象限光敏區(qū)，輸出信號(hào)將無法測(cè)出光斑的位置，因此它的測(cè)量范圍受到限制；③測(cè)量精度與光源的光強(qiáng)及其漂移密切相關(guān)，測(cè)量精度的穩(wěn)定性受到限制。

雖然，圖2-27（c）所示的八象限陣列器件的分辨率比四象限的高，但仍解決不了上述缺陷。

2.4.2 楔環(huán)探測(cè)器

楔環(huán)探測(cè)器件如圖2-31所示，是一種用于光學(xué)功率譜探測(cè)的陣列光電探測(cè)器件的組合器件。它是在一塊N型硅襯底上制造出多個(gè)P型區(qū)，從而構(gòu)成光電二極管或硅光電池的楔環(huán)狀光敏單元陣列。顯然，這些光敏單元由楔與環(huán)兩種圖形構(gòu)成，故稱為楔環(huán)探測(cè)器。

這種楔環(huán)探測(cè)器中的楔形光電探測(cè)器件可以用來探測(cè)光的功率譜分布，其極角方向（楔形區(qū)）用來探測(cè)功率在角度方向的分布；環(huán)形區(qū)探測(cè)器中的環(huán)形光電探測(cè)器件用來探測(cè)功率在半徑方向的分布。因此，可以將被測(cè)光功率譜的能量密度分布以極坐標(biāo)的方式表示。

顯然，這種變換方式可以完成并行光電變換，通過并行變換電路和并行A/D轉(zhuǎn)換電路，將楔與環(huán)的光電傳感器所得到的瞬時(shí)功率譜能量密度信息，送入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)軟件的作用下，最后完成圖像分析、處理、識(shí)別等工作。

目前，楔環(huán)光電探測(cè)器件已廣泛應(yīng)用于面粉粒度分析處理、癌細(xì)胞早期診斷識(shí)別與一些疑難雜癥疾病的診斷技術(shù)中。

此外，還有以其他方式排列的光電探測(cè)器件組合件，如角度、長(zhǎng)度等光電碼盤傳感器中的光電探測(cè)器件，通常以格雷碼的形式構(gòu)成光電探測(cè)器件的組合，這些將在第5.5節(jié)中專門介紹。

2.4.3 光電位置探測(cè)器

光電位置探測(cè)器件是一種對(duì)入射到光敏面上的光點(diǎn)位置敏感的光電器件，因此也稱其為光電位置傳感器（Position Sensing Detector，PSD）。這種器件具有比象限探測(cè)器件在光電位置測(cè)量方面具有更多的優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)光斑的形狀無嚴(yán)格的要求，即它的輸出信號(hào)與光斑是否聚集無關(guān)；光敏面也無須分割，消除了象限探測(cè)器件盲區(qū)的影響；它可以連續(xù)測(cè)量光斑在光電位置傳感器上的位置，且位置分辨率高，僅一維的PSD器件的位置分辨力，就可高達(dá)0.2 μm。

1. PSD器件的工作原理

光電位置傳感器的原理是基于光電二極管的縱向光電效應(yīng)。在圖2-32所示的半導(dǎo)體上，當(dāng)其PN結(jié)被光照射時(shí)，在P區(qū)和N區(qū)間形成光生電勢(shì)的現(xiàn)象稱做橫向光電效應(yīng)，其光生電動(dòng)勢(shì)的方向如圖2-32中Uz所示，即Uz=Sφ；若光敏區(qū)受非均勻照明，除產(chǎn)生橫向光生電勢(shì)外，還會(huì)形成沿著PN結(jié)方向的光生電動(dòng)勢(shì)，如圖2-32（b）中的Ux，此現(xiàn)象稱做縱向光電效應(yīng)。縱向光生電動(dòng)勢(shì)Ux，可由光敏層邊緣上的電極AB引出，如圖2-33（a）所示。在偏移量x較小時(shí)，電極輸出電壓Ux可近似表示為

式中，d是二電極間距離的一半；ρ是N區(qū)電阻率；l是N區(qū)厚度；I為總光電流值。

由式（2-23）可見，輸出信號(hào)電壓和光斑偏移量成正比，其特性曲線如圖2-33（b）所示。

2. 一維PSD器件

PIN 型一維 PSD 器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-34所示。它由3層構(gòu)成，上面為P型層，中間為I型層，下面為N型層；在P型層上設(shè)置有兩個(gè)電極，兩電極間的P型層除具有接收入射光的功能外，還具有橫向的分布電阻特性，即P型層不但為光敏層，而且是一個(gè)均勻的電阻層。當(dāng)光束入射到PSD器件光敏層上距中心點(diǎn)的距離為xA時(shí)，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號(hào)電荷，此電荷形成的光電流通過電阻P型層分別由電極①與②輸出。設(shè)P型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離為2L，若流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過N型層上電極③的總電流I0=I1+I2。若以PSD器件的幾何中心點(diǎn)O為原點(diǎn)，光斑中心距原點(diǎn)O的距離為xA，則有

利用式（2-24），即可測(cè)出一維PSD的光斑能量中心對(duì)于器件中心的位置xA，它只與電流I1和I2的和、差及其比值有關(guān)，而與總電流無關(guān)。

由上可以看出，一維PSD器件不但能檢測(cè)光斑中心在一維空間的位置，而且能檢測(cè)光斑的強(qiáng)度。

一維PSD位置檢測(cè)電路如圖2-35所示。光電流I1經(jīng)反向放大器A1放大后分別送給放大器A3與A4，而光電流I2經(jīng)反向放大器A2放大后也分別送給放大器A3與A4。放大器A3為加法電路，完成光電流I1與I2的相加運(yùn)算（放大器A5用來調(diào)整運(yùn)算后信號(hào)的相位）；放大器A4用做減法電路，完成光電流I2與I1的相減運(yùn)算。最后，用除法電路計(jì)算出（I2-I1）與（I1+I2）的商，即為光點(diǎn)在一維PSD光敏面上的位置信號(hào)x。光敏區(qū)長(zhǎng)度L，可通過調(diào)整放大器的放大倍率，利用標(biāo)定的方式進(jìn)行綜合調(diào)整。

3. 二維PSD器件

二維PSD器件可用來測(cè)量光斑在平面上的二維位置（即x，y坐標(biāo)值），它的光敏面常為正方形，比一維PSD器件多一對(duì)電極，它的結(jié)構(gòu)如圖2-36（a）所示，在正方形PIN硅片的光敏面上設(shè)置兩對(duì)電極，其位置分別標(biāo)注為Y1、Y2和X3、X4，其公共N極常接電源Ubb。二維PSD器件的等效電路如圖2-36（b）所示，它也由電流源Ip、理想二極管VD、結(jié)電容Cj、兩個(gè)方向的橫向分布電阻RD和并聯(lián)電阻Rsh構(gòu)成。由等效電路不難看出，光電流Ip由兩個(gè)方向的四路電流分量構(gòu)成，即IX3、IX4、IY1、IY2，可將這些電流作為位移信號(hào)輸出。

顯然，當(dāng)光斑落到二維PSD器件上時(shí)，光斑中心位置的坐標(biāo)可分別表示為

式（2-25）對(duì)靠近器件中心點(diǎn)的光斑位置測(cè)量誤差很小，隨著距中心點(diǎn)距離的增大，測(cè)量誤差也會(huì)增大。為了減小測(cè)量誤差常將二維 PSD 器件的光敏面進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的 PSD器件的光敏面如圖2-37所示。四個(gè)引出線分別從四個(gè)對(duì)角線端引出，光敏面的形狀好似正方形產(chǎn)生了枕形畸變。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是光斑在邊緣的測(cè)量誤差大大減小。改進(jìn)后的等效電路比改進(jìn)前多了四個(gè)相鄰電極間的電阻，入射光點(diǎn)（如圖中黑點(diǎn)）位置（x，y）的計(jì)算公式變?yōu)?/p>

根據(jù)式（2-26）可以設(shè)計(jì)出二維 PSD的光點(diǎn)位置探測(cè)電路。圖2-38為基于改進(jìn)后二維PSD的光點(diǎn)位置探測(cè)原理圖。目前，市場(chǎng)上已有適用于各種型號(hào)的PSD器件的轉(zhuǎn)換電路板，可以根據(jù)需要選用。圖2-38所示的電路也可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，即在各個(gè)前置放大器的后面都加上A/D數(shù)據(jù)采集電路，并將采集到的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，就可在計(jì)算機(jī)軟件的支持下完成光點(diǎn)位置的探測(cè)工作。

光電位置傳感器具有響應(yīng)速度快（幾個(gè)微秒）、位置分辨率高（全視場(chǎng)1/1000）、測(cè)量誤差小（75%視場(chǎng)范圍內(nèi)的位置偏差為1.5%，非線性誤差為±10%）等特點(diǎn)。使用時(shí)不需要精確調(diào)焦，并且即使光強(qiáng)變化也不產(chǎn)生位置誤差；它的靈敏度波長(zhǎng)范圍取決于所用的材料；可以同時(shí)測(cè)定光強(qiáng)和位置。因此，它在激光準(zhǔn)直、光點(diǎn)定位、儀器光軸重合調(diào)節(jié)、光學(xué)遙控以及振動(dòng)和沖擊的測(cè)量等方面，是一種有應(yīng)用潛力的新型探測(cè)器。

2.4.4 色敏探測(cè)器

半導(dǎo)體色敏探測(cè)器件是根據(jù)人眼視覺的三色原理，利用不同結(jié)深PN結(jié)光電二極管對(duì)不同波長(zhǎng)光譜靈敏度的差別，實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色光源或物體顏色的測(cè)量的。色敏器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、變換電路容易掌握、成本低等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于顏色測(cè)量與顏色識(shí)別等領(lǐng)域。例如，彩色印刷生產(chǎn)線中色標(biāo)位置的判別，顏料、染料的顏色與判別，彩色電視機(jī)熒光屏彩色的測(cè)量與調(diào)整等，因而是一種非常有發(fā)展前途的新型半導(dǎo)體光電探測(cè)器件。

1. 雙結(jié)光電二極管色敏器件

雙結(jié)光電二極管色敏器件的結(jié)構(gòu)和等效電路如圖2-39所示，它是由在同一硅片上制作的兩個(gè)深淺不同PN結(jié)的光電二極管PD1和PD2組成的。根據(jù)半導(dǎo)體對(duì)光的吸收理論，PN結(jié)深，對(duì)長(zhǎng)波光譜輻射的吸收增加，長(zhǎng)波光譜的響應(yīng)增加，而PN結(jié)淺對(duì)短波長(zhǎng)的響應(yīng)較好。因此，具有淺PN結(jié)的PD1的光譜響應(yīng)峰在藍(lán)光范圍，深結(jié)PD2的光譜響應(yīng)峰值在紅光范圍。這種雙結(jié)光電二極管的光譜響應(yīng)如圖2-40所示，具有雙峰效應(yīng)，即PD1為藍(lán)敏，PD2紅敏。

雙結(jié)光電二極管只能通過測(cè)量單色光的光譜輻射功率與黑體輻射相近的光源色溫來確定顏色。用雙結(jié)光電二極管測(cè)量顏色時(shí)，通常測(cè)量?jī)蓚€(gè)光電二極管的短路電流比（ISC2/ISC1）與入射波長(zhǎng)的關(guān)系。由圖2-41所示的關(guān)系曲線中不難看出，每一種波長(zhǎng)的光都對(duì)應(yīng)于一個(gè)短路電流比值，根據(jù)短路電流比值判別入射光的波長(zhǎng)，達(dá)到識(shí)別顏色的目的。

上述雙結(jié)光電二極管只能用于測(cè)定單色光的波長(zhǎng)，不能用于測(cè)量多種波長(zhǎng)組成的混合色光，即便已知混合色光的光譜特性，也很難對(duì)光的顏色進(jìn)行精確檢測(cè)。

2. 三色硅色敏器件

根據(jù)色度學(xué)理論，已研制出了可識(shí)別混合色光的三色色敏光電器件。圖2-42為非晶態(tài)硅集成全色色敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它是在同一塊非晶體硅基片上制作3個(gè)深淺不同的PN結(jié)，并分別配上R、G、B三塊濾色片而構(gòu)成的一個(gè)整體，從而得到如圖2-43所示的近似于國際照明委員會(huì)制定的CIE1931-RGB標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)光譜三刺激值曲線，通過對(duì)R、G、B輸出電流的比較，即可識(shí)別物體的顏色。

一種典型的硅集成三色色敏器件的顏色識(shí)別電路方框圖，如圖2-44所示。

由圖2-44可知，從標(biāo)準(zhǔn)光源發(fā)出的光，經(jīng)被測(cè)物反射，投射到色敏器件后，R、G、B三個(gè)光電二極管輸出不同的光電流，經(jīng)運(yùn)算放大器放大、A/D轉(zhuǎn)換，將變換后的數(shù)字信號(hào)輸入微處理器中。微處理器根據(jù)公式進(jìn)行顏色識(shí)別與判別，并在軟件的支持下，在顯示器上顯示出被測(cè)物的顏色。其顏色計(jì)算公式為

式中，Ro1、Go1、Bo1為放大器的輸出電壓。測(cè)量前應(yīng)對(duì)放大器進(jìn)行調(diào)整，使標(biāo)準(zhǔn)光源發(fā)出的光，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)白板反射后，照到色敏器件上時(shí)應(yīng)滿足R＇=G＇=B＇=33%。

2.4.5 光橋與光電位器

1. 光橋

利用光電導(dǎo)材料還可以制成光橋，其原理、等效電路和特性曲線如圖2-45所示，光電導(dǎo)體層在陶瓷片上形成兩個(gè)形狀相同的三角形。當(dāng)窄光束處于lo=0的中間位置時(shí)，兩塊光電導(dǎo)體受光照面積相等，①、②兩側(cè)呈現(xiàn)的阻值相等，光橋平衡，u=0；當(dāng)窄光束偏離 lo=0的中間位置時(shí)，①、②兩側(cè)的光照面積不等，呈現(xiàn)的阻值亦不同，光橋失衡，橋路電壓 u 不等于零。

2. 光電位器

光電位器是利用光敏電阻的制造工藝而制成的一種非機(jī)械接觸電位器，其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖2-46所示。

由圖2-46可見，窄光束是光電位器的移動(dòng)臂。當(dāng)窄光束照射光電導(dǎo)體時(shí)，金屬膜電阻、光電導(dǎo)體和電極三者組成橋路。受到光束照射的光電導(dǎo)體部分形成低（亮）電阻R2；未受照射的部分形成近乎絕緣的高（暗）電阻R3。因此，在金屬膜電阻兩端①、②加上電壓U后，隨著窄光束的移動(dòng)，在外接負(fù)載電阻R4上將會(huì)得到可變的電壓輸出u。例如，當(dāng)窄光束在l=0處時(shí)，②、③兩點(diǎn)相當(dāng)于短路，輸出電壓 u=0；當(dāng)窄光束位置沿 l 增大方向移動(dòng)時(shí)，輸出電壓將線性增大，直到到達(dá)最大距離時(shí)，輸出電壓就等于外加電壓U。因?yàn)楣怆娢黄鳑]有機(jī)械接觸所引起的噪聲和損壞，所以可靠性高、壽命長(zhǎng)。

2.4.6 光電耦合器件及其檢測(cè)方法

光電耦合器件是將發(fā)光器件和光敏器件密封裝在一起形成的一個(gè)電-光-電器件。如圖2-47所示。這種器件在信息的傳輸過程中是用光作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信號(hào)耦合在一起的，在它的線性工作范圍內(nèi)，這種耦合具有線性變化關(guān)系。由于輸入邊和輸出邊僅用光來耦合，在電性能上完全是隔離的。因此，也有人把光電耦合器件稱為光隔離器或光耦合器。

光電耦合器件具有的特點(diǎn)是：①具有電隔離的功能。它的輸入、輸出信號(hào)間完全沒有電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的電平零位可以任意選擇。絕緣電阻高達(dá)1010～1012 Ω，擊穿電壓高到25～100kV，耦合電容小到零點(diǎn)幾個(gè)pF。②信號(hào)傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用，適用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。③具有抗干擾和噪聲的能力。它作為繼電器和變壓器使用時(shí)，可以使線路板上看不到磁性元件。它不受外界電磁干擾、電源干擾和雜光影響。④響應(yīng)速度快。一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)。它可傳輸?shù)男盘?hào)頻率在直流和10MHz之間。⑤使用方便，具有一般固體器件的可靠性，體積小（一般φ6×6mm）、重量輕、抗震、密封防水、性能穩(wěn)定、耗電少、成本低、工作溫度范圍為-55℃～+100℃。

光電耦合器件之所以具有很高的抗干擾能力，其主要原因是：①光電耦合器件的輸入阻抗很低，一般為10 Ω～1kΩ；而干擾源的內(nèi)阻都很大，一般為103～106 Ω。按一般分壓比的原理來計(jì)算，能夠饋送到光電耦合器件輸入端的干擾噪聲，就變得很小了。②由于一般干擾噪聲源的內(nèi)阻都很大，雖然也能供給較大的干擾電壓，但可供出的能量卻很小，只能形成很微弱的電流。而光電耦合器件輸入端的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時(shí)才能發(fā)光。因此，即使電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量，不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被它抑制掉了。③光電耦合器件的輸入-輸出邊是用光耦合的，且這種耦合又是在一個(gè)密封管殼內(nèi)進(jìn)行的，因而不會(huì)受到外界光的干擾。④光電耦合器件的輸入-輸出間的寄生電容很小（一般為0.5～2pF），絕緣電阻又非常大（一般為1011～1013 Ω），因而輸出系統(tǒng)內(nèi)的各種干擾噪聲很難通過光電耦合器件反饋到輸入系統(tǒng)中去。

由于光電耦合器件具有體積小、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)、線性傳輸、隔離和抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而其應(yīng)用非常廣泛，其主要的應(yīng)用特點(diǎn)是：①在代替脈沖變壓器耦合信號(hào)時(shí)，可以耦合從零頻到幾兆赫的信息，且失真很小，這使變壓器相形見拙。②在代替繼電器使用時(shí)，又能克服繼電器在斷電時(shí)反電勢(shì)的泄放干擾及在大震動(dòng)、大沖擊下觸點(diǎn)抖動(dòng)等不可靠的問題。③能很容易地把不同電位的兩組電路互連起來，從而圓滿并且很簡(jiǎn)單地完成電平匹配、電平轉(zhuǎn)移等功能。④光電耦合器的輸入端的發(fā)光器件是電流驅(qū)動(dòng)器件，通過光與輸出端耦合，抗干擾能力很強(qiáng)，在長(zhǎng)線傳輸中用它作為終端負(fù)載時(shí)，可以大大提高信息在傳輸中的信噪比。⑤在計(jì)算機(jī)主體運(yùn)算部分與輸入、輸出之間，用光電耦合器件作為接口部件，將會(huì)大大增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的可靠性。⑥光電耦合器件的飽和壓降比較低，在作為開關(guān)器件使用時(shí)，又具有三極管開關(guān)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。⑦在穩(wěn)壓電源中，用它作為過電流自動(dòng)保護(hù)器件使用時(shí)，使保護(hù)電路既簡(jiǎn)單又可靠等。

在使用光電耦合器件時(shí)，通常進(jìn)行檢測(cè)的三種檢測(cè)方法如圖2-48所示。

圖2-48（a）為簡(jiǎn)單檢測(cè)法：當(dāng)接通電源后，LED不發(fā)光，按下S1和S2，LED發(fā)光。調(diào)RP，LED 發(fā)光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，說明光電耦合器是好的。如果 S2用輕觸動(dòng)合開關(guān)，S1用紐子開關(guān)，電池用紐扣電池AG3等，另外加集成塊座。可把應(yīng)該測(cè)試的電路安裝在一個(gè)小板上，整個(gè)裝置只相當(dāng)于1/2火柴盒大小。該電路簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、方便。

圖2-48（b）為數(shù)字萬用表檢測(cè)法：以PC111光電耦合器的檢測(cè)為例，檢測(cè)時(shí)，將光電耦合器內(nèi)接二極管的正端+的1腳和負(fù)端2腳分別插入數(shù)字萬用表的hFE的c、e插孔內(nèi)，此時(shí)數(shù)字萬用表應(yīng)置于NPN擋；然后將光電耦合器內(nèi)接光敏三極管c極3腳接指針式萬用表的黑表筆，e極4腳接紅表筆，并把指針式萬用表撥在R×1kΩ擋。這樣，能通過指針式萬用表指針的偏轉(zhuǎn)角度（實(shí)際上是光電流的變化），來判斷光電耦合器的情況。指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，說明光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換效率越高，即傳輸比越高，反之越低；若表指針不動(dòng)，則說明光電耦合器件已損壞。

圖2-48（c）為光電效應(yīng)判斷法：仍以PC111光電耦合器的檢測(cè)為例，將萬用表撥在R×1kΩ電阻擋，兩表筆分別接在光電耦合器的輸出端3、4腳；然后用一節(jié)1.5V的電池與一只50～100 Ω的電阻串接后，電池的正極端接PC111的1腳，負(fù)極端碰接2腳，或者正極端碰接1腳，負(fù)極端接2腳，這時(shí)觀察接在輸出端萬用表的指針偏轉(zhuǎn)情況。如果指針擺動(dòng)，說明光電耦合器是好的；如果不擺動(dòng)，則說明光電耦合器已損壞。萬用表指針擺動(dòng)偏轉(zhuǎn)角度越大，表明光電轉(zhuǎn)換靈敏度越高。