光耦隔离放大电路

中文摘要

本文主要通过光耦隔离放大电路，对光电耦合器4N25及放大电路和电压跟随

器中的放大器件TL084的特性进行简要描述和分析。

光耦隔离放大电路主要由电压串联负反馈放大电路光电耦合器和电压跟随

器三部分组成。其中光电耦合器是本次设计的关键。

光耦的工作原理包括：光的放射、光的接收及信号放大三个环节。输入的电

信号驱动发光二极管(LED),使之发出肯定波长的光，被光探测器接收而产生光

电流，再经过进一步放大后输出.这就完成了电一光-电的转换，从而起到输入、

输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间相互隔离，电信号传输具有单向性

等特点，因而具有良好的电绝缘实力和抗干扰实力.又由于光耦合器的输入端属

于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制实力。所以，它在长线传输

信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比，光耦合器的主要优点是：信号单

向传输，输入端及输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，

抗干扰实力强，工作稳定，无触点，运用寿命长，传输效率高。在单片开关电源

中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调整限制端电流来变更占空比，

达到精密稳压目的.

在放大电路中采纳出压串联负反馈电路，对输入的信号进行比例放大输出，

并且由于采纳负反馈，这样就可以使电路具有较好的恒压输出特性。在整个电路

的输出端及电压更随器连接，以进一步使电路达到良好稳压输出效果.

关键词隔离放大器光耦电压放大电路电压跟随器

目录

课程设计任务书II

隔离放大电路的设计III

模拟电子技术课程设计成果评定表IV

中文摘要V

目录1

1.设计任务描述2

1.1设计题目:2

L2设计要求：2

1.2。1设计目的：2

1。202基本要求：2

1.2。3发挥部分：2

2。设计思路3

3.基本框架4

4.模块细微环节及各部分电路设计及参数计算5

4。1方波信号输入5

4.2电源供应电流进入光耦图6

4.2。1光偶的一些参数6

4。2。2分析9

4。2.3放大电路的选择及计算9

4。204光耦简图11

4。2.5CTR的计算11

4.3的计算11

4.4电压跟随器的设计图12

4。5方波仿真信号输出12

4.6,留意的问题13

5.电路元件清单14

6.主要元器件介绍15

6。1光耦数据单15

6。2TLO84的数据单17

7。小结19

8.参考文献21

9.附录22

1o设计任务描述

1.1设计题目:

1.2设计要求:

1.2.1设计目的：

（1）驾驭隔离放大电路的构成,原理及设计方法；

（2）熟识模拟元件的选择，运用方法。

1.2O2基本要求：

（1）输入信号为方波,幅度IV,频率100Hz~40kHz；

（2）采纳适当的隔热设备不影响信号供应者；

（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下;

（4）输出信号幅度不低于3V。

1。2o3发挥部分：

（1）tpd<100us；

（2）幅度分段可调;

（3）其他。

3o基本框架

方波信号输入—a方波信号的放一A光耦隔离

大

电压跟随器方波信号输出

基本原理：

1.通过电压供应电流，利用放大器变更电流的大小，从而使输入电流

在所选光耦的线性区，使光耦起到隔离放大的作用。

2.在光电耦合器输入端加的电流信号使发光源发光，光的强度取决

于激励电流的大小，此光照耀到封装在一起的受光器上后，因光

电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电

一光一电的转换.

3。在电路中加入电压跟随器使其在电路中不至于消耗电压.

4O模块细微环节及各部分电路设计及参数计算

4.1方波信号输入

输入信号仿真图

4.2电源供应电流进入光耦图

图4.2。1

4。2。1光偶的一些参数

MaximumRatingsT=25℃

A

Emitter

Reverse

Voltage.。.o.ooo..oo.ooo.oo..。.o....oo...oaaa..o♦.

...ooo.ooo.o.o..o..oo..oooo...o.o.oo.6.0V

Forward

Current..<«。

oo60mA

SurgeCurrent(W10

S)oo

O••••O••O•••••«O•O••O•OC•OO•oJ•US1A>

Power

Dissipation。o。・0o・。o。・・・。。・。。・。・・・。。。。。。・・。

OOOO0.00.0.0OOO••O••O••OO.O.OOO100mW

Detector

Collector-EmitterBreakdown

Voltage。••o•oooo.oooo••oo•oo•oo•ooo••oooo•••o・・・o・・・・・

OO.OOe.o«oo.70V

Emitter-BaseBreakdown

01tag^e。•oo•••oo•oo■•o•••••o•o•••••••oooo■o•oo•oo■•■o•ooooo•

.OO«.O•aOO.7.0V

Collector

un*ento。。。•《1•■••o。。■o■■o。。«o。•o。•■«•o■o••o■•■o。©。••«o•

OOO•O•OOe.o..O•O..OOOO•OO.O.OO•O・・OO50mA

CollectorCurrent(t〈1.()

[rrS)•■O■Oa■o•■•o■•o■o•oo■oo•■o•«•••o••■•■oooo•■•■oo•o••ooo••oo・•

oooo..oo10()mA

Power

Dissipation。..o....o....o。・。。。。。0..o...•ooo.o.oo。・。。・。。。

OOO•••OOOOO••O•O••O••O.O.OOO.OOO150mW

Package

IsolationTest

Voltage。。O・・・・OO.OO0.0OO...O000000.0000«•oo•oooo•.

o•o・・・・・oo••o•oo••••o••oo.o•ooo5300V

RMS

Creepageo..

o.27。0mm

Clearance.。。

27。0mm

IsolationThicknessbetweenEmitterand

Detectoro。o..20。4mm

ComparativeTrackingIndexperDINIEC112/VDE0303,part1。..

175

IsolationResistance

12

V

=500T

=25℃o.o

o.o10?

IOA

11

V=500VT

=l()()℃oo

1()?

IOA

Storage

Temperature.o.<>

o.-55℃to+150℃

Operating

Temperalure.o..

o.-55℃to+100℃

Junction

Temperature...o。

o.100℃

SolderingTemperature(max。10s,dipsoldering：

distancetoseatingplane21.5

1111］】）■OO■••O■«O■■■•■O■O■■■O•OO•«■•OOO。■O■OO•aOOOOOaO•O。。■■•

260°C

Figure2.NormalizedNon-saturatedandSaturated

CTR,7X=25°Cvs.LEDCurrent

H

L

。

p

za

E=

O

N

•

H

1

0

N

Ip•LEDCurrent-mA

Figure1.ForwardVoltagevs.ForwardCurrent

1.4

>1.3

•

O6)1.2

2

o

>1.1

P

-

B1.0

M

」

O0.9

U.

，

0.8

0.7

MCT2/MCT2E—Characteristics7k=25℃

EmitterSymbolMin.Typ.Max.UnitCondition

ForwardVoltageVF—1.11.5V/F-20mA

一一“A

ReverseCurrentIR10VR-3.0V

Capacitancee一25一pFVR-0.f-1.0MHz

4.2.2分析

1.由上面的数据单可知，发光二极管的工作区域的电流为［一・为了

使其工作在最佳状态只有加一个放大器。

2.由目图口J知当时NI左右，这里我设置一个50囚的爱护

电阻，由此可推出放大后的电压为I一1,所以放大器的放大

倍数为四倍。

4o2.3放大电路的选择及计算

1.放大电路我们依据己学的学问，优先考虑集成运算放大器且讲其设置成同相放

小信号电路模型

图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp,即vpgvn,或vid=vp

-vn^Oo这种现象称为虚假短路，简称虚短。由于运放的输入电阻ri很

大，所以,运放两输入端之间的ip=—in=(vp-vn)/ri"0,这

种现象称为虚断.依据虚短和虚断的概念有vp^vn,ip=-in=0

3.o依据虚短，续断的概念有由上面的分析有

回=4所以目，这样我将目

4.2O4光耦简图

1：ANODE(LED)

2：CATHODE(LED)

3:N.C.

4：CATHODE(SCR)

5:ANODE(SCR)

人口I例

6：GATE

4.2.5o测得的IC及IF如图所示

I〃Multimeter-XMMI乡Multimeter-XMM2

4O2o5CTR的计算

4.3M的计算

由于我的目的是要得到3V的方波，由于我用万用表测得的电流为有效值，而在

此有峰值=2*有效值

4.4电压跟随器的设计图

4.5方波仿真信号输出

4O60留意的问题

步骤如下：

1.电路中全部+Vcc均为+12V,-Vcc均为-12Y,GND为地。对单个放大器而

言，在调试时，尽量让输出电压在12V以下。

2.光电耦合器的输入电流应在2〜10mA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）.

3.发光二极管边和三极管边须要用两个不同的接地，以避开不必要的干扰.

5.电路元件清单

元件名称型号规格数量

电阻30KQ1

电阻10KQ1

电阻5002

光耦4N251

放大器TL0841D2

直流电源VSS1

直流电源VDD1

地1

地1

导线若干

6o主要元器件介绍

6o1光耦数据单

DimensionsinInches(mm)

.048(0.45)

.039一**-A

(1.00)-022(0.55)

Min.

.130(3.30)

|.150(3.81)

.031(0.80)min.

―031(0.80)

.018(0.45).035(0.90)

.022(0.55)

.100(2.54)typ.

PowerDissipation100mW

Detector

Collector-EmitterBreakdownVoltage70V

Emitter-BaseBreakdownVoltage7.0V

CollectorCurrent50mA

CollectorCurrent(t<1.0ms)100mA

PowerDissipation150mW

Package

IsolationTestVoltage5300V^s

Creepage>7.0mm

Clearance>7.0mm

IsolationThicknessbetweenEmitterandDetector>0.4mm

ComparativeTrackingIndexperDINIEC112/VDE0303,part1175

IsolationResistance

12

V|O=500V,7X=25℃10Q

11

V|O=500V,7X=100℃10Q

StorageTemperature-55℃to+150℃

OperatingTemperature"55℃to+100℃

JunctionTemperature100℃

SolderingTemperature(max.10s,dipsoldering:

distancetoseatingplane>1.5mm)260℃

Figure1.ForwardVoltagevs.ForwardCurrent

d

et

ar

ut

a

S

d

n

a

d

et

aP

rt0S

ut,S

an0T

eS41

s-r41

nu

oC,,

N4PC

D85II0

d080TDPS

eEL.5108103/06440

LT274813+2)73112

zi.)))V

lsAiVzm

anm(H(

v单(t)

mr/)s)x

r据))Vusua

o℃xxan//M

0数aM(VV)(

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r,Hl。pgecEON•HbN8ne((MT(RVVCm

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uROa)H)ee)ala

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iTc2i1aaaydunxcx

FCT(MMRRTFiaaa

r(t((,(MMDPM

2eRawwc((/(

pORBeeWeOno

0qIMn1llBpIss.ii

6IVCV1SSGSVVVDPV

SupplyVoltage5(V)No

OpenLoopGain(Min)(dB)88

OffsetDrift(Typ)(uV/C)18

IQPerAmp(+/-)(Max)(mA)2o8

OffsetVoltage(+/-)(Max)

(mV)

NumberofChannels4

Approx.Price(US$)Oo20IIku

OperatingTemperature-40to125,—40

Range(0C)to85,0to70

TotalSupplyVoltage(V)一

(Min)(+5V=5,+/-5V=10)/

TotalSupplyVoltage