线性光耦隔离电路的设计 所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成,框图如图1所示。 因为光电耦合器有其特有的工作线性区,偏置输入是用来调节光电耦合器(1)的输入电流,使其工作在线性区。而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)的漂移和非线性。差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。 光耦隔离放大电路采用TLP521-2光电耦合器、LF356普通一路放大器和LF347普通四路放大器。TLP521-2光电耦合器是集成了图1中光电耦合器(1)和(2),LF356主要用于信号输入前的信号处理,一方面保证光电耦合器工作在线性区,另一方面,对输入信号作简单的放大。LF347则组成差分放大电路。所以光耦隔离放大电路的结构图如图2所示。 线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。 图中,LF356为放大器(1),中间两个光电耦合器由TLP521-2构成,后面四个放大器由LF347构成。
线性光耦隔离电路的工作原理光电耦合器的工作特性 TLP521-2光电耦合器是由两个单独的光电耦合器组成。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。发光二极管的发光亮度L与电流成正比,当电流增大到引起结温升高时,发光二极管呈饱和状态,不再在线性工作区。光电二极管的光电流与光照度的关系可用IL∝Eu表述。其中,E为光照度,u=1±0.05,因此,光电流基本上随照度而线性增大。但一般硅光电二极管的光电流是几十微安,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照度时灵敏度低,而在照度高时,光电流又呈饱和趋势。达不到线性效果。 因为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,应该首先找到光电耦合器的线性区。光电耦合器TLP521-2的电流线性区大约为1~10mA。 光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流的范围,偏置电路设计的好,可以使得输入电流在很大范围内变化时,光电耦合器依然工作在线性区。差分放大电路工作原理 本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。图3中,两个光电耦合器的输出分别通过放大器(2)和(3)输入到放大器(4)的同相端和反相端,再差分放大到输出。放大器(5)主要是用来调零。其中,光电耦合器(2)的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器(1)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(1)的输入有关。线性光隔离电路在程控电压源中的应用 本电路所用输入电压是由PC机给定,该电压由程序控制,并且可调节。通过D/A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(5)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A/D转换返回PC机,通过反馈调整程序,使输出更xx。 本实验所要求的PC机给定电压为0-5V,输出要求达到0-12V。 光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图4所示。 由于试验的目的是为了得到不受输入影响的xx模拟信号,电路首先要凋零,即在零输入状态下保证输出为零。调试步骤如下:
通过试验及调试,得到一组线性度很好的数据。 调试中应注意的问题
结束语 研究结果表明,上述光耦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。它的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,且工作频率可以高达上百千赫,可以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,因此可以用来xx测控系统的外部干扰,抑制计算机的数字信号对模拟信号的干扰等。 光耦隔离放大电路由于其简单的电路设计及良好的输出特性,在数字电路上得到广泛的应用,尤其是对于小成本投入、高精度电路的设计,有很大的优势。