单片机 应用

线性光隔离电路设计及其在程控电压源中应用

离器组成!一般来讲"光电耦合器由一个发光二极管和一个光敏器件构成!根据发光二极管正向特性曲线"只有当外加电压超过死区电压到达正向工作区"二极管才发光!发光二极管的发光亮度!与电流成正比"当电流增大到引起结温度升高时"发光二极管呈饱和状态"不再工作在线性区!光电二极管的光电流"!与光照度#的关系可表示为"!!#$"其中$"#!$%$&!因此""!基本上随#线性增大"但一般硅光电二极管的"!是几十微安"对于光敏三极管"由于其放大系数与集电极电流大小有关"小电流时"放大系数小"所以光敏三极管在低#时灵敏度低"而在高#时""!又呈饱和趋势"达不到线性效果!

由于不同的光电耦合器有不同的工作线性区"所以在试验过程中"应首先找到光电耦合器的线性区!由器件资料可得光电耦合器’!(&)#*)的电流线性区约为#"#$+,!光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流范围"如果偏置电路设计得好"当输入电流在很大范围内变化时"光电耦合器依然能工作在线性区!

作在线性区"调节放大器##$同相端的输入电压"使输出电压达到一个线性度较好的工作区(#调节光电耦合器#)$"使得两个耦合器的输入电流完全相同"从而使得输出电流也近似相同($调节放大器#)$和#-$的正相输入电压"使两者相等%这样"可在放大器#.$的输出端得到一个接近零的输出"%#)为放大倍数调节电阻(%调节调零电阻%#43使得放大器#&$输出端电压为零(&根据所给输入电压$56调节放大倍数"得到所需电压$7%通过试验及调试"得到一组线性度很好的数据%

图.程控电压源框架图

调试中应注意’!电路中所有的8&//均为##)23

*&//均为*#)2"为了避免信号干扰"光电耦合器左右两边采用两套电源("对单个放大器而言"在调试

时"尽量使输出电压在#)2以下(#光电耦合器的输入电流应在)"#$+,为宜#这是光电耦合器的线性区"电流太大或太小都会偏离线性区$"本实验采用9%#4+,%当$56从$"&2改变时"光电耦合器##$的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化"以尽可能保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化($电压放大过程实际由两部分构成"第一部分为放大器##$"第二部分为.个放大器组成的集成运放块%

!!"差分放大电路工作原理

本例中采用的差分放大电路具有多运放"可增

益和可调零功能!图-中"两个光电耦合器的输出分别通过放大器#)$和#-$输入到放大器#.$的同相端和异相端"再差分放大到输出%放大器&&$主要是用来调零%其中"光电耦合器&)$的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器&#$的漂移以及非线性部分%一旦补偿奏效"电路的输出就只与光电耦合器&#$的输入有关%

$

结束语

研究结果表明"上述光隔离放大电路可用于多

种模拟信号的隔离"尤其是隔离数字信号对模拟信号的干扰%其优点主要体现在体积小"寿命长"价格便宜"输入与输出之间绝缘"单向传输信号"且工作频率高达上百千赫"可用于频率要求较宽的电路设计%它除了具有通常光电耦合器所特有的性能外"还具有输出线性度好"光漂移影响小等特点"因此可用于消除测控系统中外部干扰"抑制计算机数字信号对模拟信号的干扰等%光隔离放大电路因其简单的电路设计及良好的输出特性而应用广泛3尤其对小成本投入的高精度数字电路的设计有很大的优势%参考文献

:#;:);:-;

康华光%电子技术基础:<;%北京=高等教育出版社3#>>?%施联玉%高稳定的线性光隔离电路:@;%电子技术应用3#>>&

#线性光隔离电路在程控电压源中的应用试验

本实验所用输入电压由(/机给定"该电压由程序控制并可调%通过01,转换"变成模拟信号后"送到光耦合隔离放大电路的输入端"由隔离放大电路隔离放大后从放大器&&$输出%同时在输出端找一个反馈点"同样通过隔离放大电路和,10转换返回(/机"通过反馈调整程序"使输出更精确%本实验所要求的(/机给定电压为$"&23输出要求达到

$"#)2%光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图.所示%

试验的目的是为了得到不受输入影响的精确模拟信号"电路首先要调零"即在零输入状态下保证输出为零%调试步骤为’!调节放大器&#$的反相端"使输入电压为零&即接地$("为保证光电耦合器##$工

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刘大键%线性光电耦合隔离放大器:@;%仪表技术3#>>4A9D=

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