6N138 6N139 光耦合器数据手册 - 8引脚DIP封装 - 高增益分路达林顿 - 中文技术文档

1. 产品概述

6N138和6N139是高性能、低输入电流的光耦合器，采用分路达林顿光电晶体管输出级。这些器件旨在提供极高的电流传输比（CTR），能够以最小的输入驱动电流实现可靠的信号传输。它们采用标准的8引脚双列直插式封装（DIP），并提供宽引脚间距和表面贴装配置选项。其主要功能是在输入和输出电路之间提供电气隔离，保护敏感逻辑电路免受电压尖峰和地环路的影响。

1.1 核心优势与目标市场

这些光耦合器的关键优势在于其高达2000%的典型CTR，这使得它们无需额外放大即可直接与低电流逻辑信号接口。它们通过了主要国际安全机构（UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO）的认证，并提供5000 Vrms的高隔离电压。这些特性使其成为工业、电信和计算应用的理想选择，这些应用对噪声抑制、安全隔离和信号完整性要求极高。目标市场包括工业自动化、电源反馈环路、数字接口隔离和通信线路接收器。

2. 技术参数深度解析

本节对数据手册中指定的关键电气和光学参数进行客观解读。

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致永久损坏的应力极限。输入红外LED的最大连续正向电流（IF）为20 mA，并能承受1 A的峰值瞬态电流（持续时间极短，<1 µs）。输出晶体管的最大集电极电流（IO）为60 mA，其功耗（PO）限制在100 mW。器件可在-40°C至+85°C的环境温度范围内工作。5000 Vrms的隔离电压是关键的安全参数，测试时所有输入引脚短路在一起，所有输出引脚短路在一起。

2.2 电气特性

电气特性保证在0°C至70°C的商业温度范围内有效。对于输入LED，在IF = 1.6 mA时，典型正向电压（VF）为1.3V。6N138和6N139的输出部分参数略有不同。在相同条件下（IF=0mA，VCC=18V），6N139通常提供更低的逻辑高电平输出电流（IOH）泄漏，为0.01 µA，而6N138为100 µA。当LED以1.6 mA驱动时，两者在逻辑低电平状态下的电源电流（ICCL）典型值均为0.6 mA。

2.3 传输特性

电流传输比（CTR）是最关键的参数，定义为（IC / IF） * 100%。6N139在IF=0.5mA时的最小CTR为400%，在IF=1.6mA时为500%。6N138在IF=1.6mA时的最小CTR为300%。两者的典型值为2000-2500%，表明灵敏度很高。逻辑低电平输出电压（VOL）在各种负载条件下均有规定，最大值为0.4V，确保与标准TTL和CMOS逻辑电平兼容。

2.4 开关特性

开关速度取决于输入驱动电流和负载电阻。传播延迟时间（tPLH，tPHL）是针对特定测试条件给出的。例如，在IF=0.5mA和RL=4.7kΩ条件下，6N139的典型tPHL为5 µs，tPLH为16 µs。将IF增加到12mA，RL=270Ω，速度分别大幅提升至0.2 µs和1.7 µs。6N138在其指定的测试条件（IF=1.6mA，RL=2.2kΩ）下通常较慢。两者的共模瞬态抗扰度（CMTI）在逻辑高电平和低电平均规定为最小1000 V/µs，表明对跨越隔离屏障的快速电压瞬变具有良好的噪声抑制能力。

3. 机械与封装信息

器件采用标准的8引脚DIP封装。引脚配置如下：引脚1：空脚，引脚2：阳极，引脚3：阴极，引脚4：空脚，引脚5：地（Gnd），引脚6：输出（Vout），引脚7：基极（VB），引脚8：电源电压（VCC）。基极引脚（7）提供了对光电晶体管基极的访问，可用于连接加速电阻或电容，以在带宽和稳定性之间进行权衡。封装选项包括标准DIP、宽引脚弯曲（0.4英寸间距）和表面贴装引脚形式（S型和薄型S1型）。

4. 焊接与组装指南

焊接温度的绝对最大额定值为260°C，持续10秒。这适用于波峰焊或回流焊工艺。应遵守处理静电放电（ESD）敏感器件的标准预防措施。器件应在规定的存储温度范围-55°C至+125°C内储存。

5. 包装与订购信息

部件编号格式为：6N13XY(Z)-V。'X'是部件号（8代表6N138，9代表6N139）。'Y'表示引脚形式选项：无代表标准DIP（45个/管），'M'代表宽引脚弯曲（45个/管），'S'代表表面贴装，'S1'代表薄型表面贴装。'Z'指定SMD部件的卷带包装选项：'TA'或'TB'（1000个/卷）。'V'是VDE认证的可选后缀。用户必须根据组装要求选择正确的组合。

6. 应用建议

6.1 典型应用场景

数据手册列出了几个关键应用：数字逻辑地隔离、RS-232C线路接收器、低输入电流线路接收器、微处理器总线隔离和电流环接收器。它们的高CTR使其非常适合直接与微控制器GPIO引脚接口、在嘈杂环境中隔离传感器信号，或在RS-232或RS-485等串行通信线路中提供电气隔离。

6.2 设计注意事项

1. 输入限流：必须使用外部串联电阻将LED正向电流（IF）限制在绝对最大值和所需工作范围内。所需电阻值为（Vdrive - VF） / IF。输出负载：输出晶体管充当电流吸收器。应选择负载电阻（连接在VCC和引脚6之间）以设定所需的输出电压摆幅和开关速度。较小的电阻可提高速度，但也会增加功耗。速度与稳定性权衡：从基极引脚（7）到地连接一个电阻（通常为10kΩ至1MΩ）可以提高稳定性和抗噪性，但会降低CTR并减慢开关速度。可以并联一个电容以进行进一步滤波。电源去耦：良好的做法是在VCC引脚（8）附近放置一个0.1 µF的陶瓷电容接地，以抑制噪声。

7. 技术对比与差异化

6N138/6N139系列的主要差异化在于其分路达林顿配置和极高的CTR。与标准的单晶体管光耦合器（例如4N25系列）相比，这些器件提供了显著更高的灵敏度，使其能够直接由低电流CMOS逻辑驱动。与较新的数字隔离器相比，它们提供了一种更简单、模拟的解决方案，对于需要基本隔离但无需超高速或复杂协议的应用来说，性价比极高。基极引脚的可访问性为设计者提供了独特的自由度，可以定制频率响应和抗噪性。

8. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：6N138和6N139的主要区别是什么？

A1：主要区别在于它们的电气规格。6N139通常提供更好的性能：更高的最小CTR（在IF=1.6mA时为500%对比300%）、关断状态下更低的输出泄漏电流，以及测试条件下略有不同的开关特性。6N138是规格较低的型号。

Q2：如何选择输入限流电阻的值？

A2：根据您的应用确定所需的正向电流（IF）（例如，1.6 mA可在速度和CTR之间取得良好平衡）。测量或使用数据手册中的典型VF（1.3V）。如果您的驱动电压是5V，则电阻R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω。标准的2.2kΩ电阻将是一个合适的选择。

Q3：为什么我的光耦合器开关速度很慢？

A3：开关速度受IF和负载电阻RL的影响很大。要提高速度，您可以：a) 增加LED驱动电流（IF）。b) 减小输出集电极上的负载电阻（RL）值。c) 可选地，使用基极引脚（7）通过一个小电阻接地以释放存储电荷，但这会降低CTR。

Q4："共模瞬态抗扰度"是什么意思？

A4：它衡量器件忽略在隔离屏障两侧同时出现的快速电压尖峰的能力。高CMTI（如1000 V/µs）意味着输出不会因此类噪声而误触发，这在嘈杂的电源环境中至关重要。

9. 实际设计案例

案例：为RS-232通信隔离微控制器UART信号。

微控制器的3.3V UART TX线路在连接到不同接地平面的RS-232收发器芯片之前需要隔离。可以使用一个6N139。微控制器引脚通过一个1kΩ电阻驱动LED（IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA）。输出集电极（引脚6）通过一个4.7kΩ上拉电阻连接到RS-232芯片的输入引脚，上拉至RS-232芯片的VCC（5V）。基极引脚（7）悬空或通过一个大电阻（例如1MΩ）接地以提高稳定性。这个简单的电路提供了强大的隔离，保护微控制器免受RS-232线路上的地电位偏移或浪涌影响，并保持信号完整性。

10. 工作原理

该器件基于光电耦合原理工作。施加到输入引脚（阳极和阴极）的电流使红外发光二极管（LED）发光。该光穿过透明的隔离间隙，照射到分路达林顿对硅光电晶体管的光敏基区。入射光产生基极电流，该电流被两个晶体管级放大，从而在输出端产生更大的集电极电流。"分路"配置通常意味着第一个晶体管的基极可访问（引脚7），允许外部偏置。输入LED和输出晶体管之间的完全电气隔离由具有高介电强度的模塑塑料封装提供。

11. 行业趋势与背景

像6N138/139这样的光耦合器代表了一种成熟可靠的隔离技术。当前信号隔离的趋势包括基于CMOS以及射频或电容耦合的数字隔离器的增长，它们提供了更优的速度、功率效率和集成度（单封装多通道）。然而，光耦合器在某些领域仍保持强大优势：它们提供非常高的工作电压隔离（数千伏）、出色的共模瞬态抗扰度、简单性以及对高压dv/dt应力的鲁棒性。它们通常在高噪声工业环境、电源反馈环路以及已验证的可靠性和安全认证至关重要的应用中更受青睐。新型LED和探测器材料的开发持续改进光耦的速度和CTR，确保其与新技术并存并保持其相关性。