线性光电隔离电路的设计方案.doc

线性光电隔离电路的设计方案0 摘要光电隔离是数据采集和控制系统抗干扰的一项重要措施，由于光电耦合器件的非线性，对模拟量的光电隔离会带来较大信号失真。为了提高光电隔离电路的线性度，采用负反馈方法把光耦器件的输出电流反馈输入端。进行光电隔离电路的静态特性试验。试验结果表明：当输入信号在05 V时，光电隔离电路的输出失真最大为27 mV，线性度为0014。来至于网络：在工业现场模拟信号的采集过程中，抗干扰是首先要解决的问题。如果不经隔离，各种电磁干扰信号就会和被测信号一起进入测量系统。干扰信号叠加在被测信号上，一方面降低了测量的准确度；另一方面，尖峰电磁脉冲将会给后级电路系统带来严重的破坏。所以，模拟信号必须和后级的采集电路在电气上完全隔离。光电耦合器件利用光电转换，使用光信号进行信号传输，抗干扰能力强，性能良好，被非常广泛的应用在数传和采集系统信号隔离中。但是光电耦合器件由于发光二级管和光敏三极管的伏安特性，非线性失真非常严重，一般仅仅应用在数字信号的隔离中，对于模拟信号，不能直接使用光电耦合器件来进行隔离。对于数字光耦，可以使用反馈改善其输入输出的线性度，从而使用数字光耦得到模拟光电隔离电路。在此使用数字光耦TLP521-2和集成运放LM2904设计了深度负反馈电路，大大提高了光耦的线性度。试验表明：使用用数字光耦，经过负反馈电路设计，可以实现高精度的信号隔离。1 数字光耦TLP521-2TLP521-2是东芝公司的数字光耦器件，该芯片内部封装了两路独立的光耦，每一路光耦由一个发光二级管和一个光敏三极管组成。耦合原理：当给发光二级管加正向电压时，二极管导通发光，光线照射在光敏三极管的感光面上；如果同时给三极管的CE级加正向电压，则三极管的CE级产生集电极电流输出。TLP521-2内部结构和管较排列如图1所示。 由于二极管和三极管的伏安特性，光敏三极管集电极电流Ic和发光二极管正向电压Vf不是线性的，曲线图如图2所示。 2 深度负反馈电路设计使用深度负反馈可以改善系统的线性度，根据这个原理，在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521-2光耦和2片LM2904集成运放。LP521-2有两路光耦，其中一路用于信号转换，一路用于负反馈；运放2904-1A用于用于组成负反馈电路，运放2904-2A构成了电压跟随器，用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。 电路输出电压和输入电压是线性关系：LP521-2的两路光耦通道的发光二极管串联，通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中，光电特性基本一致，理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等，即Ice1=Ice2。根据理想运放的性质，可以得到下面的公式：所以Vo=(R2R1)Vi，输出电压和输入电压成正比，比例系数由R1和R2确定。3 电路具有输出保护功能输出电压Vo=Vcc-Vce，其中，Vce为光敏三极管c，e极的压降，所以，当输入电压很大时，输出电压Vo的值也不会超过Vcc。这样就保护了后续电路，不受冲击电压的影响。增大Vcc可以增大隔离电路的量程。4 电路静态特性使用可调稳压电源产生各种一系列不同电压加光电隔离电路输入端，并使用高精度数字万用表测量电路的输入输出值，得到电路输入输出特性。表1列出了输入输出的典型值。(R1=R2=1 k，Vcc=12 V)。根据试验数据得到电路的输入输出曲线，如图4所示。 使用线性拟合，得到电路的理想特性曲线为：y=1005 3x+0003，线性度为0014。5 结 语光电隔离是模拟信号采集的一项关键措施，在此设计了线性光电隔离电路，该电路能实现模拟信号的隔离。当输入电压在在05 V范围内时，输出误差最大为27 mV，线性度达到0014。 成都嵌入式培训哪里好？选择达内嵌入式培训开启企业定制就业直通车，达内科技满足你高薪就业梦想！找成都IT培训100%推荐就业的软件测试培训机构，请咨询达内在成都嵌入式培训的老师！达内培训费用？达内好不好？达内怎么样？达内就业？这些问题都可以在达内的网站上找