仪器仪表用户 尹 应用实例 尹
文章编号 · 一 ·
高精度线性光藕 日 及其应用
杨小晨 王 欣
清华大学自动化系 北京 阅旧抖 太原理工大学自动化系 太原 汉沁
【摘要 】 本文介绍了高精度线性光祸器件 的主要特性及工作原理 , 并
分析
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了一个使用该器件的模拟信号隔离转换的
典型电路 , 它可将输人 伽 电流信号隔离转换成电压信号 。
【关键词 线性光祸 , 日 , 隔离 电压电流转换
中图分类号 下 文献标识码
引言
隔离转换电路是一种常见的电子电路 。 它的作用一是为了避免
内部外部电路因接地点不同所带来的误差 , 二是为了保护内部电路
免受外部电路故障的影响
。
电路所隔离的可以是数字信号 , 也可以
是模拟信号 。 就是一款用于模拟信号隔离的高精度
线性光祸
。
本文介绍了 光祸芯片 , 它的工作原理和
应用实例 。
简介
〔〕和 是美国 公司推出的两款高精
度线性光祸 , 二者原理相同 , 但 性能要比 的 略
高
。 和 具有低成本
、
高线性度
、
高稳定度
、
频带宽
、
设计灵活的优点 , 通过外接不同的分立器件 , 可以实现多
种光电隔离转换电路
。
图 是 的内部原理图 , 其主
一 电流隔离
在图 中 , 光电二极管 和 是由同种工艺制成并同时
接收 发出的光 , 因此电流 与电流 具有一定的比例关
系 。 这种比例关系是用芯片的非线性度来衡量的 , 它的好坏将直接
影响由芯片构成的模拟信号隔离 电路的精度
。 从正常工作范 围
至 料 内均匀选取 个点 , 分别测量出 大小 , 根
据这 组数据算出 对 斗 的最佳逼近直线
, 直线的斜率就是
传递增益 娜 , 的测量值与最佳逼近直线的最大偏差
除以量程就是芯片的非线性度
。 芯片非线性度越低 , 电流 与
电流的比例关系就越严格 , 隔离电路的精度就越好
合
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点
工作原理
普通光祸器件内部一般是由一对发光管和接收管组成
。
高增益
线性光祸芯片 则不同 , 它包括一个高性能的发光二
极管 , 两个用同种工艺制成从而具有严格比例关系的光电二极
管 和 见图 。 前者发出的光被后两者接收 。 使用该芯
片时
, 发光二极管 与光电二极管 组成隔离转换电路的输
入部分并形成负反馈 , 则构成隔离转换电路的输出部分
。
由
于整个电路输入部分构成负反馈回路 , 因而只要负反馈通道的发光
二极管 和光电二极管 关系确定 , 隔离转换电路的输入部
分就稳定 。 又因为 与 严格成比例 , 这样就可以通过适当
的电路使输出信号与输入信号有稳定的比例关系
。 总之 , 负反馈电
路的应用和 与 的严格比例关系保证了线性光祸的高稳定
性和高线性度
。
图 内部原理图
要特性如下
非线性度 住
、 传递增益
士
士
耐压
交流 直流 〕汉
增益温度系数 一 ℃
带宽
引脚 和贴片两种封装形式
刀 适用的主要范围包括
低成本模拟信号隔离
通信 ,
工业过程控制
热电祸隔离
应用实例
笔者所在的实验室在组建一个实验系统时 , 需要将 今 电
流信号与电压信号互相转化 , 并且为了保护内部电路和避免地电位
误差 , 还需要进行信号的隔离
。
线性光祸 组成的电
路可同时满足我们的要求 。 图 是 电流 电压隔离转换电路原理
图 , 图 是电压 电流隔离转换电路原理图
口
每幅电路图中 , 发光
二极管 , 光电二极管 和 同在 一 个线性光祸芯片内 。
在图 电路中 , 输入的 一 直流电流信号通过 稳压管
给单电源运放 卜 供电 。 运放的输入输出两端分别接有 和
, 并构成负反馈回路 。 设运放的反相输入端电势不变 , 若同相
输入端电势升高 , 经运放放大 , 输出端电势明显增加 , 输出端所接
型三极管 拓 基极电势也要明显增加 , 这样流过发光二极
管 上的电流就会减少 , 发光强度也随之减小 。 而流过光电二
极管 的光电流取决于光祸芯片内部 的光照
。
发光
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尹 应用实例 尹 仪器仪表用户
减小 , 流过 及 的电流就会减少 。 整个电路输入的又是直流
电流信号
, 上的电流减少 , 上的电流就会增加 , 继而光电
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输出电压钓
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输出电压与输入电流的
卜助 时
电流信号就转换为常用
的 电压信号
。
图 是用计算机数
据采集卡同时对图 电
路的输入电流和输出电
压信号进行采样 , 并在
计算机上绘出的实际数
据图形
。
用最小二乘法
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愉入 电流 肠幼
“ 度。 计算出输出电压对输入
电流的最佳逼近 直 线
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者 图 愉入电流和愉出电压的采样点图
图 电流 电压 隔离转换电路原理图
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图 电压 , 电流隔离转换电路原理图
二极管 两端的电压增大
。
在假定运放同相端电势不变的情况
下 , 反相端电势势必要减少
。
这样 , 运放两端就形成了负反馈 。 两
输入端相当于 “ 虚短路 ” , 电压恒为零 。 从而 , 流过 两端的
电流大小可表不 为
水
隔离转换电路的输出部分是电压负反馈 。 输出电压为
、行
又 二
综合以上各式即可得
一
可以看出隔离转换电路的输出电压与输入电流之间始终保持正
比关系
。
若改变电阻
,
或 使比例关系发生变化 , 输出电
压信号的零点 即 礴 输入电流所对的输出电压 也跟着发生变
化
。 因此零点的调节就变成了对电路输入输出比例关系的调节 。 当
如图所示 , 得到直线的斜率 即整个电路输出电压与输入电流
的转换比例关系 为 改变 使比例达到 左右 , 非线
性度 即输出电压测量值到最佳逼近直线的最大偏差占全量程的百
分比 为
。
误差产生的原因主要是噪声
、
输入信号
、
电路元
器件和测量导线等处所引入的噪声。
图 是电压隔离并转换成 今 伽 电流的电路原理图。 该图与
图 相似 , 只是在输出端外需串接一个恒压源以产生电流 , 恒压源
的电压取值应大于 稳压管要提供给运放的供电电压 。 在我们
实际所作的电路中 , 串接的是一个 的电压源 该电路最终输入
输出转换关系为
整个电路输出电压与输入电流的比例关系可通过调节电阻
、
和 来实现
结语
在计算机数据采集系统 , 闭环控制回路以及 自动化仪表的输入
输出硬件 电路中 , 常常需要电压 电流隔离转换 电路 , 而 芯片
以其低成本
、
高精度
、
高稳定度
、
设计灵活的优点
可以很好地满足不同用户的需求二
参考文献
以洲 , 乎 一
” 久 ” ”
童诗白 , 华成英土编 模拟 电子技术基础 高等教育出版社
,
一
一
之 , 今 伽叮 一 而
【作者简介 】杨小晨
, 男 , 清华大学自动化系四年级本科生 。 地址 清华大学自动化系 公司传感器与 一 实验室 邮编 仪洲】 电话 · ,
电子邮件 。
欣
,
男 大连理工大学自动化系四年级本科生 。 地址 太原理工大学自动化系 邮编 引沁
,
电话 取场
收稿 日期 · · 一 来稿
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