6N138 6N139 光耦合器規格書 - 8腳DIP封裝 - 高增益分離式達靈頓 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

6N138同6N139係高性能、低輸入電流嘅光耦合器，採用咗分離式達靈頓光電晶體輸出級。呢啲元件設計用嚟提供極高嘅電流傳輸比（CTR），能夠用最少嘅輸入驅動電流實現可靠嘅信號傳輸。佢哋採用標準8腳雙列直插式封裝（DIP），仲有闊腳距同表面貼裝型號可以揀。主要功能係為輸入同輸出電路之間提供電氣隔離，保護敏感嘅邏輯電路免受電壓尖峰同接地迴路影響。

1.1 核心優勢同目標市場

呢啲光耦合器嘅主要優勢係佢哋嘅典型CTR高達2000%，可以直接同低電流邏輯信號連接，唔需要額外放大。佢哋獲得主要國際安全機構（UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO）認證，提供高達5000 Vrms嘅隔離電壓。呢啲特點令佢哋好適合用喺工業、電訊同電腦應用，呢啲場合對抗噪能力、安全隔離同信號完整性要求好高。目標市場包括工業自動化、電源反饋迴路、數碼介面隔離同通訊線路接收器。

2. 技術參數深入分析

呢部分會客觀解讀規格書入面列出嘅主要電氣同光學參數。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗壓力極限，超過呢個極限可能會造成永久損壞。輸入紅外LED嘅最大連續順向電流（IF）係20 mA，可以承受1 A嘅峰值瞬態電流，但只限好短嘅脈衝（<1 µs）。輸出晶體管嘅最大集電極電流（IO）係60 mA，功耗（PO）限制喺100 mW。元件可以喺-40°C至+85°C嘅環境溫度範圍內工作。5000 Vrms隔離電壓係一個關鍵安全參數，測試時會將所有輸入腳短路，所有輸出腳短路。

2.2 電氣特性

電氣特性保證喺0°C至70°C嘅商用溫度範圍內有效。對於輸入LED，當IF = 1.6 mA時，典型順向電壓（VF）係1.3V。輸出部分參數喺6N138同6N139之間有少少唔同。喺相同條件下（IF=0mA，VCC=18V），6N139嘅邏輯高輸出電流（IOH）漏電通常低啲，得0.01 µA，而6N138就有100 µA。當LED用1.6 mA驅動時，兩者喺邏輯低狀態嘅電源電流（ICCL）通常都係0.6 mA。

2.3 傳輸特性

電流傳輸比（CTR）係最重要嘅參數，定義為（IC / IF）* 100%。6N139喺IF=0.5mA時最小CTR係400%，喺IF=1.6mA時係500%。6N138喺IF=1.6mA時最小CTR係300%。兩者嘅典型值係2000-2500%，表示靈敏度好高。邏輯低輸出電壓（VOL）喺唔同負載條件下有規定，最大值係0.4V，確保兼容標準TTL同CMOS邏輯電平。

2.4 開關特性

開關速度取決於輸入驅動電流同負載電阻。傳播延遲時間（tPLH、tPHL）係針對特定測試條件提供嘅。例如，6N139喺IF=0.5mA同RL=4.7kΩ時，典型tPHL係5 µs，tPLH係16 µs。將IF增加到12mA，RL=270Ω，速度會大幅提升，分別去到0.2 µs同1.7 µs。6N138喺其指定測試條件下（IF=1.6mA，RL=2.2kΩ）通常會慢啲。共模瞬態抗擾度（CMTI）規定最小為1000 V/µs，適用於邏輯高同低狀態，表示對隔離屏障兩邊嘅快速電壓瞬變有良好嘅噪聲抑制能力。

3. 機械同封裝資訊

元件採用標準8腳DIP封裝。腳位配置如下：腳1：無連接，腳2：陽極，腳3：陰極，腳4：無連接，腳5：接地（Gnd），腳6：輸出（Vout），腳7：基極（VB），腳8：電源電壓（VCC）。基極腳（7）可以接觸到光電晶體嘅基極，可以用嚟連接加速電阻或電容，以帶寬換取穩定性。封裝選項包括標準DIP、闊腳彎曲（0.4英寸間距）同表面貼裝引腳形式（S同矮身S1）。

4. 焊接同組裝指引

焊接溫度嘅絕對最大額定值係260°C，持續10秒。呢個係波峰焊或回流焊工藝嘅典型值。應該遵守處理靜電放電（ESD）敏感元件嘅標準預防措施。元件應該儲存喺規定嘅儲存溫度範圍內，即-55°C至+125°C。

5. 包裝同訂購資訊

零件編號格式如下：6N13XY(Z)-V。'X'係零件編號（8代表6N138，9代表6N139）。'Y'表示引腳形式選項：冇就係標準DIP（45件/管），'M'係闊腳彎曲（45件/管），'S'係表面貼裝，'S1'係矮身表面貼裝。'Z'指定SMD零件嘅帶裝同捲裝選項：'TA'或'TB'（1000件/捲）。'V'係VDE認證嘅可選後綴。用戶必須根據組裝要求選擇正確嘅組合。

6. 應用建議

6.1 典型應用場景

規格書列出咗幾個關鍵應用：數碼邏輯接地隔離、RS-232C線路接收器、低輸入電流線路接收器、微處理器匯流排隔離同電流迴路接收器。佢哋嘅高CTR令佢哋好適合直接連接微控制器GPIO引腳，喺嘈雜環境中隔離感測器信號，或者喺RS-232或RS-485等串列通訊線路中提供電氣隔離。

6.2 設計考慮因素

1. 輸入電流限制：必須使用外部串聯電阻將LED順向電流（IF）限制喺絕對最大值同所需工作範圍內。所需電阻值係（Vdrive - VF） / IF。輸出負載：輸出晶體管充當電流吸收器。應該選擇負載電阻（連接喺VCC同腳6之間）嚟設定所需嘅輸出電壓擺幅同開關速度。較細嘅電阻會提高速度，但同時會增加功耗。速度 vs. 穩定性：從基極腳（7）到接地連接一個電阻（通常10kΩ至1MΩ）可以提高穩定性同抗噪能力，但會降低CTR同減慢開關速度。可以並聯一個電容嚟進一步濾波。電源去耦：良好做法係喺VCC腳（8）附近放置一個0.1 µF陶瓷電容到地，以抑制噪聲。

7. 技術比較同區分

6N138/6N139系列嘅主要區別在於其分離式達靈頓配置同極高嘅CTR。同標準單晶體管光耦合器（例如4N25系列）相比，呢啲元件提供顯著更高嘅靈敏度，可以直接由低電流CMOS邏輯驅動。同較新嘅數碼隔離器相比，佢哋提供更簡單、模擬嘅解決方案，對於需要基本隔離但唔需要超高速或複雜協議嘅應用，成本效益非常高。基極腳嘅可用性為設計師提供咗獨特嘅自由度，可以調整頻率響應同抗噪能力。

8. 常見問題（基於技術參數）

Q1：6N138同6N139嘅主要區別係咩？

A1：主要區別在於佢哋嘅電氣規格。6N139通常提供更好嘅性能：更高嘅最小CTR（IF=1.6mA時500%對比300%）、關斷狀態下更低嘅輸出漏電流，以及測試下略有不同嘅開關特性。6N138係規格較低嘅型號。

Q2：點樣揀輸入限流電阻嘅值？

A2：根據你嘅應用確定所需嘅順向電流（IF）（例如，1.6 mA可以喺速度同CTR之間取得良好平衡）。測量或使用規格書中嘅典型VF（1.3V）。如果你嘅驅動電壓係5V，電阻 R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω。標準2.2kΩ電阻會係一個合適嘅選擇。

Q3：點解我嘅光耦合器開關得咁慢？

A3：開關速度好受IF同負載電阻RL影響。要提高速度，你可以：a) 增加LED驅動電流（IF）。b) 減細輸出集電極上嘅負載電阻（RL）值。c) 可選地，使用基極腳（7）接一個細電阻到地，以消除儲存電荷，但呢個會降低CTR。

Q4：共模瞬態抗擾度係咩意思？

A4：佢衡量元件忽略喺隔離屏障兩邊同時出現嘅快速電壓尖峰嘅能力。高CMTI（例如1000 V/µs）意味著輸出唔會因為呢啲噪聲而錯誤切換，喺嘈雜嘅電源環境中至關重要。

9. 實用設計案例

案例：為RS-232通訊隔離微控制器UART信號。

微控制器嘅3.3V UART TX線喺連接到唔同接地層上嘅RS-232收發器晶片之前需要隔離。可以用一個6N139。微控制器引腳通過一個1kΩ電阻驅動LED（IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA）。輸出集電極（腳6）通過一個4.7kΩ上拉電阻連接到RS-232晶片嘅輸入引腳，上拉到RS-232晶片嘅VCC（5V）。基極腳（7）懸空或通過一個大電阻（例如1MΩ）接地以增加穩定性。呢個簡單電路提供穩固嘅隔離，保護微控制器免受RS-232線路上嘅接地偏移或浪湧影響，並保持信號完整性。

10. 工作原理

元件基於光電耦合原理工作。施加到輸入腳（陽極同陰極）嘅電流會令紅外發光二極體（LED）發光。呢啲光穿過透明嘅隔離間隙，照射到一對分離式達靈頓矽光電晶體嘅光敏基極區域。入射光產生基極電流，經過兩個晶體管級放大，喺輸出端產生大得多嘅集電極電流。分離式配置通常意味著可以接觸到第一個晶體管嘅基極（腳7），允許外部偏置。輸入LED同輸出晶體管之間嘅完全電氣隔離由成型塑料封裝提供，該封裝具有高介電強度。

11. 行業趨勢同背景

像6N138/139咁樣嘅光耦合器代表咗一種成熟可靠嘅隔離技術。目前信號隔離嘅趨勢包括基於CMOS同RF或電容耦合嘅數碼隔離器嘅增長，佢哋提供更優越嘅速度、功率效率同集成度（一個封裝內有多個通道）。然而，光耦合器喺某些領域仍然保持強大優勢：佢哋提供非常高嘅工作電壓隔離（幾kV）、出色嘅共模瞬態抗擾度、簡單性同對高壓dv/dt應力嘅穩健性。喺高噪聲工業環境、電源反饋迴路同需要經過驗證嘅可靠性同安全認證至關重要嘅應用中，佢哋通常係首選。新LED同探測器材料嘅發展持續改善光耦合器嘅速度同CTR，確保佢哋同新技術並存嘅相關性。