光耦输入输出端匹配电阻计算（二）
光耦 上下拉电阻选择
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。
简易的说明原理：通过将传输的信号通过左侧的发光二极管转化为光信号，再由右侧光敏三极管将光信号转换为电信号。此处探究的是普通光耦（低速，非线性；是的，也就是最便宜的那种），一般的光耦隔离
电压约为6KV，也就是对于静电的抵抗能力（8KV及以上）不强，使用的时候还是需要考虑静电相关的保护措施。
调节光耦的上下拉电阻可以对光耦的电流转换率（CTR）的进行适配，在保证信号传输的时候有足够的CTR比率，保证三极管侧的电平能拉到底。在此基础上我们来看前后匹配电阻对信号传输的延迟情况。
*CTR：光耦二极管导通的时候，三极管侧流过的最大电流与二极管导通电流的比值（百分比）。
以下是使用光耦通讯的最基础（价格最低ヽ(￣▽￣)و）的电路：
可以看到如上图所示的光耦，输入侧和输出侧采用的上拉电阻为510Ω，这对于使用这款光耦通讯来说是一个适合的阻值，不同的光耦存在着新能差异不能说所有的都适用。但是采用上图所示电路有一个问题，如下图所示：
黄色的为输入波形，绿色为输出波形，是的从时序上看输出波形相对输入延时了20us，这在对信号要求不高的场景是可以的。
但是对于通讯速率大于9600bps的通讯受到信号完整性的影响。这其中的原因是光耦内部的三极管等效为电容，和上拉电阻构成了RC电路，
这部分延迟就是源自于RC的充电效应（或者说是用来激活光耦内部三极管）。如上图所示，100us的信号经过光耦后变为约为80us的信号，
这是值得考虑的，尤其是信号的速率进一步提高的情况下，尤其是嵌入式领域MCU对于高电平的信号采集有一定的时间需求。通过变化光耦前后端的电阻，
再测算输出延迟时间，有以下结论*：
在一定范围内（光耦不烧毁），增大光耦二极管侧的电阻、或者减小三极管侧的上拉电阻都能使的输出波形的延迟减小。
那么有没有别的方式能够使得普通光耦摆脱上拉电阻下拉电阻的困扰？
有的，如下图，那就是使用光耦控制的三极管的通断，将上拉电阻降至100Ω左右，基本上此时的通讯能够保证2us内的延迟。
2us的延迟基本上已经接近高速光耦的状态了。
高速光耦TLP109——匹配电阻选取
现如今通讯速率越来越快的当下，普通光耦在单纯的只接电阻情况下，上升时间Tr有20us左右，这将无法适用于高速通讯。然而高速光耦在使用过程中若阻抗选取不当也会导致上升延迟过大，电平拉不到底等问题。
高速光耦TLP109内部构造如下图所示：
以下是一个简单使用的电路（C6不贴，除非干扰很大，信号宽度够且能忍受增加信号延迟）：
参考手册给出的上升延迟为2us左右，下面列举一些问题。
R4/R7比值过大：
R4/R7比值过小：
当时的信号宽度只有4us不到，做了几组实验得出结论：
A.当输入侧电阻为330Ω时，输出侧电阻应该选取1K~2.2K能保证输出的波形正确，能被检测到。
B.当输入侧电阻为1K时，输出侧电阻应该选取3K~8K能保证输出的波形正确，能被检测到。
1.增大输出侧电阻会减小上升时间（tr），但是增大的输出侧电阻也会增大下降时间（tf）。
2.过大的输出电阻会导致三极管的输出电压静态工作点过低，过小的输出侧电阻会导致光耦电流转换率（CTR）不足，导致三极管导通压降过大，输出低电平过高。
3.适度增大输入电阻，可以增大输出电阻的选取范围。
4.过大的输入电阻会导致电流转换率（CTR）不足，导致三极管导通压降过大，输出低电平过高。过小的输入电阻会导致静态时的噪声等因素会导致输出侧导通，无法传送信号。
5.输入侧一般不加电容，增加电容会起到滤波作用，出现类似R4/R7比值过小的图像效果（图没找到）。
【上升时间、下降时间详见RC电路时间常数，三极管的输出电压静态工作点详见三极管静态工作点】
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备注解释：
RC电路时间常数的计算
假设有电源Vu通过电阻R给电容C充电，V0为电容上的初始电压值，Vu为电容充满电后的电压值，Vt为任意时刻t时电容上的电压值，那么便可以得到如下的计算公式：
Vt = V0 + （Vu – V0） * ［1 – exp（ -t/RC）］
充电过程（上升时间）：如果电容上的初始电压为0，则公式可以简化为：
Vt = Vu * ［1 – exp（ -t/RC）］
放电过程（下降时间）：当电容充满电后，将电源Vu短路，电容C会通过R放电，则任意时刻t，电容上的电压为：
Vt = Vu * exp（ -t/RC）
| -t/RC | 充电过程（上升时间） | 放电过程（下降时间） | |
| 电阻R↑ | ↑ | ↓ | ↑ |
| 电阻R↓ | ↓ | ↑ | ↓ |
三极管静态工作点
三极管静态工作点是什么意思?
答；根据三极管的伏安特性，它分为截止区、放大区、饱和区。那么在电子放大电路中，要使三极管处于放大区能正常工作，就必须选择恰当的工作点。然而由于半导体三极的特性受温度的影响很大，环境温度的变化，就会引起三极管的特性曲线的移动，从而使原来的静态工作点发生偏移，严重时将使原来工作良好的放大器产生失真。所以在建立工作点时候，还必须考虑到如何稳定的问题。
下面先谈一谈静态工作的电压与电流的关系。
上图是三极管的伏安曲线与静态工作点的图。
当三极管没有讯号输入时，它已经有一定的Ueco和Ico（静态工作的电压与电流），这就是工作点的电压、电流。当有讯号输入时，工作点Q就随着讯号电压变化，沿着负载线上下移动，于是输出电压、电流，也
就是相应地改变。对于放大器来说，总是要求放大以后的波形和输入讯号的波形尽可能地相似。为了满足这个要求，就必须正确地选择工作点的位置。从图中分析可知，电源Ec和负载Rc确定之后，工作点Q的位
置就决定于Eb和偏流电阻Rb。通常Eb是借用Ec的。这样Q的位置就决定于Rb，改变Rb的数值，就改变了基极电流Ib，也就是调整了工作点的位置。Rb过大或过小，可能致使工作点位置进入非线牲区域，从而引
起输出波形的失真。例如在图1一1所示的电路中，Rb若增大到100KΩ时，其基极静态电流丨bo=Eb/Rb=1V/100kΩ=10uA。静态工作点Q的位置就将下偏，如图1一1的Q点。显然，当输入讯号电压的负半周来到时
（见图1一1中曲线①），将会使一段基极偏流为零（见图1一1中曲线②），于是集电极也有一段近似于零，接近所谓截止区（靠近横轴的阴影区），如图1一1曲线③所示，相应的这一段的集电极电压波形将为；
Uec=Ec一lcoRc 由于这一段的lco是一个定值，因此Uec也不再随Ic而变代，也成为一个定值。在图上表现为一段横的直线，如图1一1曲线④所示。
同理，如果Rb取得过小，使工作点位置过高，信号的正半周期进入饱和区，它会使正半周期产发截幅失真。
显然以上二种情况，都使输出波形失掉输入信号的本来面目，产发严重失真。这种现象是放大器所不希望的。因此为了使放大器避免失真，就必须恰当选择工作点Q的位置。
那么静态工作点电压Ueco和电流|co应选多少呢?对于输出讯号较大的情况下，静态工作点宜选在近直流负载线中心的位置，Ueco应略大于输出电压的最大值△Uecm；如图1-3所示
输出电压的最大值（变化幅度）为2V，则Uec选在2.5V。丨co应略大于输出讯号电流变化的幅值△Icm；如图1一3的电路中△|cm为1mA则lco选在1.5mA附近。
应该指出，在输出讯号极小的情况下，Uceo和Ⅰco都不可选得太小。因为Ueo最小不能小于三极管的饱和电瓦Vces（三极管完全导通时，集电极与发射极之间的电压一般约为零点几伏）；而lc最小不能小于三极管的穿透电流|ceo。