应用光电耦合器设计线性隔离放大器

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光电耦合器及其应用

光电耦合器及其应用

光电耦合器及其应用[作者:佚名转贴自:未知点击数:933 更新时间:2006-3-31【字体:A 】光电耦合器,是近几年发展起来的一种半导体光电器件,由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点,被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中,它可以代替继电器、变压器、斩波器等,而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。

为使读者了解与应用光电耦合器,今介绍几种光电耦合器件及应用电路,供大家参考与开拓。

1.器件选择(1)三极管输出型光电耦合器三极管输出型光电耦合器电路如图46—1中(a)所示,它是由两部分组成的。

其中,1、2端为输入端,通常由发光器件构成;4、5、6端接一只光敏三极管构成输出端,当接收到发射端发出的红外光后,在三极管集电极中便有电流输出。

图46-1三极管输出型光电耦合器的特点,是具有很高的输入输出绝缘性能,频率响应可达300kHz,开关时间数微秒。

(2)可控硅输出型光耦合器可控硅输出型光耦合器的电路如图46?中(b)所示。

该器件为六脚双列式封装。

当1、2端加入输入信号后,发射管发出的红外光被接在4、5、6脚的光敏可控硅接收,使其导通。

它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。

(3)光耦合的可控硅开关驱动器图46—2中(a)为光敏双向开关器件;图46?中(b)为过零控制电路及光敏双向开关器件组合体。

它们的工作原理是:利用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通,进而触发外接双向可控硅导通,达到控制负载接入交流220V回路的目的。

图中(a)为非过零控制,图中(b)为过零控制。

本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性,可构成固态继电器的控制电路,其输出的控制功率由可控允许功率决定。

图46-2(4)达林顿管输出的光检测器达林顿管输出的光检测器如图46?中(a)所示。

它是由两只管子组成复合管,具有很高的电流放大能力,形成下一级或负载的驱动电流,有较强的光检测灵敏度。

光耦隔离放大电路

光耦隔离放大电路

隔离放大电路的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的:(1)掌握隔离放大电路的构成,原理与设计方法;(2)熟悉模拟元件的选择,使用方法。

1.2基本要求:(1)输入信号为方波,幅度1V,频率100Hz~40kHz;(2)采用适当的隔离设备不影响信号提供者;(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。

1.3发挥部分:<100μs;(1)tpd(2)幅度分段可调;(3)其他。

中文摘要本次模拟电子课程设计的题目是隔离放大电路,实际上是对光耦的延伸,主要工作部分是一个光电耦和器对运算放大电路的控制,光电耦合器是一种可把电信号转换成为光信号,然后又将光信号恢复为电信号的半导体器件,它属于一种电——光——电转换器件。

其基本结构是将光发射器和光敏接收器装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体隔离。

常见的光发射器为红外发光二极管,其引脚作为输入端,用晶体管图示仪可观察到其特性曲线与一般二极管相似。

光敏接收器为光敏二极管或光敏三极管,其引脚作为输出端。

当电信号送入光电耦合器的输入端时,发光二极管通过电流而发光,其发光的强弱与信号电流成正比,亦即与流过二极管的正向电流的大小成正比,输出端的光敏三极管受到光照后CE导通。

而当输入端无信号时,发光二极管不亮,光敏三极管截止,CE不通。

从而实现了光电的传输和转换。

随着各类电气设备控制电路的日益复杂,各功能电路之间的干扰不可避免。

而光电耦合器的输入端和输出端之间由于通过光信号来传输,因而两部分电路之间在电气上是完全隔离的,因而没有电信号的反馈和干扰,故其性能稳定,抗干扰能力很强。

一般情况下,电路间数字信号的传输,都可以使用光电耦合器进行彻底隔离。

关键词隔离放大器光耦电流负反馈放大电路电压跟随器目录课程设计(论文)任务书 (I)课程设计(论文)成绩评定表 (Ⅲ)中文摘要 (IV)1设计任务描述 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 设计要求 (1)1.2.1 设计目的 (1)1.2.2 基本要求 (1)1.2.3 发挥部分 (1)2 绪论 (2)3 基本框架 (3)4 模块细节及各部分电路设计 (5)4.1各部分电路设计 (5)4.2电流负反馈放大电路的参数计算 (7)5 系统仿真运行电路及错误解决 (9)6 元器件清单 (14)7 主要元器件介绍 (15)小结 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录 (22)A1 multisim仿真系统电路接线图 (22)设计任务描述1.1 设计题目:隔离放大电路1.2 设计要求:1.2.1 设计目的:(1)掌握隔离放大电路的构成,原理与设计方法;(2)熟悉模拟元件的选择,使用方法。

光电隔离线性放大器HCPL_7510及其应用

光电隔离线性放大器HCPL_7510及其应用

2006年4月 地 质 装 备光电隔离线性放大器HCPL-7510及其应用赵毅1 陈晓东1,2(1中国地质科学院物化探研究所 河北廊坊 065000)(2中国地质大学 北京 100083)1 功能简述 HCPL-7510是美国安捷伦公司生产的对电流敏感的隔离放大器,主要应用于马达电流的检测,也可应用于一般的模拟信号检测。

它的工作电压为隔离的双+5伏,工作电流为16mA,输入电压为:-256~+256mV,线性度为0.06%,带宽为100kHz,它有表贴和双列直插两种封装型式,图1是它的原理框图。

值为:4~5.12V,故增益最大为10倍。

当输入电压在-256~+256mV之间时,其线性度为0.06%。

图2 为线性度曲线,图中参考电压为4V,由图2 可看出当输入电压不在-256~+256mV之间时,输出将为一固定值。

图2 HCPL-7510线性度曲线4 典型应用电路25图 3典型应用电路2 器件主要指标 共模抑制:15kV/uS (在Vcm=1000V) 增益温漂:60ppm/℃ 输入偏置电压:-0.6mV 输入偏置电压温漂:8uV/℃ 带宽:100kHz 线性度:0.06% 输入阻抗:700k 输出阻抗:15 输出噪声:31.5mVrms3 增益设定及线性度 HCPL-7510的增益由参考电压VREF决定,其增益公式为:G=VREF/0.512, 其中VREF为参考电压,其ΩΩ本文简要介绍了光电隔离线性放大器HCPL-7510的功能及性能指标,并给出应用实例。

并且对其优缺点进行了分析并给出了解决办法。

光电隔离 线性放大器摘 要:关 键 词:图1 原理框图第7卷 第2期5 应用实例 HCPL-7510可以用来在模拟电路和数字电路之间进行模拟信号的隔离,在一些模拟电路和数字电路混用的电路中,如果模拟信号对噪声要求较高,则必须加以隔离,否则数字电路将影响到模拟电路的正常工作。

由图2可看出,当输入为-256~+256mV时,输出在0~4V之间。

带模拟光耦隔离的信号放大电路的设计

带模拟光耦隔离的信号放大电路的设计
检 测 电路 与 核 心 控 制 芯 片 在 电 器 上 的 隔 离 , 免 了 外 部 的 电 磁 干 扰 , 已在 喷 气 织 机 的 张 力 检 测 上 得 避 并
到 了很 好 的 应 用 。通 过 应 用表 明 , 电路 线 性 度 好 , 该 完全 能 满足 高放 大倍 数 、 高稳 定性 的仪 器仪 表 信
et n leet m g e c nef e c.T e ei i uto h t s n et n a -e om hs en vr od p lai . xe a lc o an t it e n e h ds n cr i f te e i ts r r i rr g c no o i jtlo s a be a ey go api t n r c o
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
cr i wt h h ip ti p dn e od s bly ih m gictn ad ajs be bnfs A h a e t e ui h nl po i ut i i n u m eac ,go t it,hg anf a o n dut l e e t tte sm i s g te aao ot c h g a i i i a i . m n g
Ab ta t T e i u t e in d n h s a e u e L 2 o a i sr me t t n mpi e ip t s sg a a l c t n s r c : h c r i c d sg e i t i p p r s d M3 4 p mp n t u n ai a l r n u a a i n l mp i ai o i f i f o
号 的放 大 处理 要 求 。 关 键 词 :仪 用 放 大 电 路 ; 拟 光 耦 隔 离 ; 号 放 大 模 信

一种MHz光耦隔离放大器的设计与分析_李霆霆2014

一种MHz光耦隔离放大器的设计与分析_李霆霆2014

LI Ting-ting1,2,3 ,ZHANG Ming1,2 ,PAN Ming-jun1,2
( 1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology,Wuhan,Hubei 430074,China; 2. School of Electrical and Electronic Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430074,China;
电流由电流源 I2 来抵消,以消除输出信号的直流误差. 而当有输入信号 VIN 时,将( I1 + VIN / R1 ) 代入 I1 ,可
以得到:
ILED
=
R2 R1 R3
K
VIN
+
ILEDQ
( 2)
根据式( 2 ) ,当 - 10V ≤ VIN ≤ + 10V 时,可 以 得 到
5. 4mA≤ILED≤13. 6mA,这是隔离电路可以不失真工作
的条件. 由此得出,式( 2) 可以用来验证静态工作点设
置是否合适.
同时,计算得到整体电路的直流传输增益为:
( ) Ao
=
VOUT VIN
=
1 + R6 R5
R2 Rf R1 R3
( 3)
根据本文设计的电阻值,可得 Ao = 1. 01. 由式( 3)
看出,反馈环节的增加消除了光耦的电流传输比 K 对
第7 期
李霆霆: 一种 MHz 光耦隔离放大器的设计与分析
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和高带宽的同时实现成为可能. HCNR201 光耦器件具 有双光电二极管结构,使电路在输入端构成反馈环节, 消除了光耦的电流传输比对直流增益的影响. 采用这 种光耦器件设计隔离放大器电路结构在文献[6 ~ 8]中 有所介绍,实现了隔离电路的基本功能,单独采用这种 芯片的最大带宽不足 1MHz,而且并未对其进行数学建 模和深入的理论分析. 本文也采用单光源和双光二极 管型的高速光电耦合器 HCNR201 芯片设计了 MHz 光 耦隔离放大器电路,对 HCNR201 芯片进行了等效,建 立了隔离电路的数学建模,推导出了电路的传递函数, 并给出了分析设计结果. 研制了隔离放大器电路并进 行了实验测试,实验结果和分析结果有较好的一致性, 验证了隔离 放 大 器 电 路 及 其 分 析 方 法 的 可 行 性,为 类 似电路设计提供参考.

光电耦合器应用

光电耦合器应用

光电耦合器应用光电耦合器是一种传感器和控制器之间的接口,它可以将光信号转换成电信号。

光电耦合器具有高精度、高速度、低功耗、小型化和免磁干扰等特点,因此被广泛应用于自动控制、机器视觉、光电通信、仪器仪表、电力电子等领域。

一、自动控制领域在自动控制领域,光电耦合器可以用来作为开关、传感器、放大器、隔离器、数字转换器和模数转换器等。

例如,当光电耦合器作为隔离器时,可以将输入和输出隔离,避免潜在的电磁干扰。

当光电耦合器作为数字转换器时,可以将输入的数字信号变成相应的电信号,以便进行数字化处理。

二、机器视觉领域机器视觉领域中,光电耦合器通常用来检测和测量光信号,以便实现对物体形状、颜色、纹理等特征的识别与分类。

例如,光电耦合器可以在自动化制造系统中用来检测产品表面的缺陷,例如磨痕、裂纹等。

此外,光电耦合器也可以用来测量激光干涉图中两个激光点之间的距离,以便计算物体表面的形状。

三、光电通信领域光电耦合器在光电通信领域起到了非常重要的作用,它可以将光信号转换成电信号,然后再通过电线进行传输。

例如,在音频设备中,光电耦合器可以将音频信号转换成电信号,以便进行信号放大和处理。

此外,光电耦合器也可以用于光纤通信中,通过将光信号转换成电信号,以便将信号传输到需要处理的设备。

四、仪器仪表领域在仪器仪表领域,光电耦合器通常用于隔离输入和输出信号,以防止干扰,同时也可以用来控制电路。

例如,光电耦合器可以在电功率仪表中用来隔离输入信号和输出信号,同时还可以防止外部电磁干扰。

此外,光电耦合器还可以用来控制温度、湿度、压力和振动等传感器的输出。

五、电力电子领域在电力电子领域,光电耦合器通常用于隔离输入和输出信号,防止高电压的干扰。

例如,在交流电源中,光电耦合器可以用来隔离输入端和输出端,同时还可以将输入的电流和电压转换成相应的电信号,以便进行数字化处理和电力控制。

此外,光电耦合器还可以在高压直流输电中充当隔离器,以防止高电压的干扰,从而保护电路的稳定性。

光耦的应用电路设计原理

光耦的应用电路设计原理

光耦的应用电路设计原理引言光耦(光电耦合器)是一种电光转换器,可以将电信号转换为光信号或者将光信号转换为电信号。

它由发光二极管(LED)和光敏三极管(光敏电阻)组成,通过一根透明的光导线将两者连接起来。

在电路设计中,光耦常常被用于电气隔离、信号传输和非接触式传感器等方面。

本文将介绍光耦的应用电路设计原理。

光耦的基本原理光耦的基本原理是利用发光二极管(LED)发出的光信号,经过光导线传输到光敏三极管(光敏电阻),进而产生电信号。

其中,LED和光敏三极管之间通过透明的光导线(光纤)连接。

当LED处于导通状态时,会发出光信号。

而光敏三极管对光信号非常敏感,一旦接收到光信号,会导致电阻值产生变化。

光耦的应用电路设计原理光耦的应用电路设计原理主要包括驱动电路和接收电路两个部分。

驱动电路用于控制LED的导通和断开,接收电路用于读取光敏三极管产生的电信号。

驱动电路设计原理驱动电路是控制LED是否发出光信号的关键。

一般来说,LED需要接入适当的电流,以保证正常发光。

常见的驱动电路设计有以下几种方式:•电流驱动方式:通过限流电阻来控制LED的电流,并保持其处于适当的工作状态。

这种方式简单可靠,成本较低,适用于一些低功耗的应用场景。

•PWM驱动方式:采用脉宽调制技术来控制LED的亮度,通过控制脉冲的占空比来调节LED的导通时间,从而实现不同亮度的控制。

这种方式适用于需要控制LED亮度的应用场景。

•恒流驱动方式:采用恒流源电路来保持LED的电流恒定不变,无论输入电压的变化如何,都能够保持LED的工作电流稳定。

这种方式适用于对光输出要求较高的应用场景。

接收电路设计原理接收电路主要用于读取光敏三极管产生的电信号,并将其转化为电压或者电流信号。

常见的接收电路设计有以下几种方式:•直接读取方式:通过将光敏三极管接入一个合适的负载电阻,将输出电压转化为电流信号。

这种方式简单直接,适用于一些简单的光敏传感器应用。

•虚拟接地方式:通过将光敏三极管接入一个虚拟接地电阻,将输出电流转化为电压信号,再经过运放等电路放大。

利用光耦实现模拟隔离放大电路的原理及设计

利用光耦实现模拟隔离放大电路的原理及设计

本文提出了一种新的隔离放大器的设计方案,该方案结构简单,且选用通用器件,易于实现。

通过将本电路与AD公司的AD210AN集成模拟隔离放大器进行实验对比。

本隔离放大电路在带宽上要优于集成模拟隔离放大器。

隔离放大器按传输信号的类型。

可以分为模拟隔离和开关隔离放大器。

模拟隔离放大器的生产商和产品种类均较少,且产品价格比较昂贵。

开关隔离放大器的生产商较多,产品种类也多,价格较低,相对便宜。

高价位的模拟隔离放大器限制了其应用范围。

而文献[2]中提到的双通道隔离放大器结构复杂。

且对隔离间距有较高的要求,而文献[3]中所提到的光电耦合隔离放大器则对元器件参数有较高的要求。

文献[4]中提到的隔离放大器对隔离器件间距也有特殊要求。

1新型电路原理笔者设计的隔离放大器的原理电路。

本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。

光电耦合器选用普通光耦TLP521,运算放大器则选择通用运算放大器LF353。

通过这两种普通器件的搭配.所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。

放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。

本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成,且两部分使用隔离的电源(Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。

输入部分由运放U1,电阻R1、R2、R3、R4、R5,电容C1、C2,光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成,由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。

OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A 的电流构成差动放大输入。

R1和R2为运放的输入电阻,R3和R4可为四个光耦的发光二极管(LED)提供偏置和控制电流。

运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器,R5上的电压即为运放的输入电压。

运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。

现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下,而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。

高压隔离线性光耦放大电路设计

高压隔离线性光耦放大电路设计

涂海盆
涂泽钊
I p=K, I 1 .,
I = K2 I p 2 ·,
其中K " 2 表明I f , , , " IK I , , p I 的变化规律, l 随1 p 2
可称为光辐合函数。由于 D ,2 1D 用相同的工艺作成 并与 D 封装在一起, O 因此, 它们的光祸合 函数的变
8 8
《 单片机与嵌入式系统应用》 合订本(-6 1 )
SA T 为 平时,D0 0 始 T R 变 低电 A C8 开 转痪, 2 转换时
间约为25 . t D O2 转换期间, L s 。在A C&。 读存储区开
始读操作, 同时 D C 82 A 03 开始转换, 存储区的读操
作时间设为1 j。当A C8。 结束后, T变 c s D 02 转换 I N 为低电平, 同时写存储区进行写操作, 1 后, 延时 p s
嵌入式系统应用开发
、 | | 』 r | es 尸
8 9
接 通






万方数据
U1 构成一个负反馈放大器, 其同相输人端和反 相输人端的电压应近似相等, 即满足式() 2: V t , R1 ; ,· iI () 2 U3 是一个射极跟随器, 输人阻抗很高, 输出电 压 V 等于输人端电压 : 。
化规律相当一致 , 故可设 :
K 一K
z.1l
·, I
() 1
图1 I30 I0 是线性光祸合器件, 中T , 适合交流与
直流信号的隔离放大, 主要技术指标如下: 令 带宽>20 ; 0 k z H
实际上可以把 K 看作常数, 的值是 T L0 K I30 的电气参数, 典型值为 1 。参数取值范围为 。 7 一 . 5

基于国产高线性光耦的交流信号隔离设计

基于国产高线性光耦的交流信号隔离设计

基于国产高线性光耦的交流信号隔离设计摘要:本文基于国产高线性光耦HPC300设计并制作了交流信号隔离电路,对电路特性进行了分析、验证和改进。

仿真结果和实际电路测试均表明该电路可用,能够有效实现交流信号隔离。

关键词:HPC300;线性光耦;信号隔离0引言水面无人平台应用中,为了避免内外部电路因接地点不同所带来的误差,保护内部电路,并确保信号传递质量,往往需要在电气上进行隔离。

交流信号隔离一般使用变压器隔离、线性放大器隔离等。

变压器隔离有很好的线性度,但是体积大,重量大限制了应用场景,线性隔离放大器则使用成本较高,而光电隔离没有如上问题限制[1],通过合理的设计可以实现高精度的信号隔离,是一种很实用的模拟信号隔离方式。

1芯片与原理说明HPC300是一种国产高精度线性光耦器件,内部结构如图1所示,由砷化铝镓红外LED与两个光敏二极管组成光耦合,LDE发光可分别作用在两个光敏二极管上。

光敏二极管VD1用于生成LED 反馈机制用的控制信号驱动电流,从为LED的非线性时间和温度给予补偿[2]。

光敏二极管VD2用于提供输入及输出电路间的电流隔离。

红外LDE正向电压VF典型值为1.2V,工作电流I F为2~10mA,光敏二极管VD2控制电流I C1,光敏二极管VD2产生输出电流I C2。

图1 HPC300内部结构原理2交流隔离电路设计及原理分析HPC300是高线性度器件,可作为理想的模拟信号隔离器件使用,用来设计交流信号隔离电路,其结构图如图2所示。

图2隔离原理图输入信号频率不高于100kHz,幅度为±10V,输出信号同为±10V,设计采用两个光耦互补形式工作。

运放U1和光耦OC1用于输入信号正半周的隔离放大,运放U2和光耦OC2用于输入信号负半周的隔离放大。

电容C1、C2、C3为反馈电容,可用于提高电路的稳定性,消除自激震荡,滤除电路中的毛刺信号,降低电路的输出噪声。

平衡调节电阻RP1可调整输入信号正负部分的关联增益。

光耦隔离放大电路(二)

光耦隔离放大电路(二)

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:光的发射、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),使之发出一定波长的光,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—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互相隔离,电信号传输具有单向性等特点,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

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能力。

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,输入端与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,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,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,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。

在放大电路中采用电压串联负反馈电路,对输入的信号进行比例放大输出,并且由于采用负反馈,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与电压更随器连接,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................................................................................................错误!未定义书签。

隔离放大电路的设计........................................................................................错误!未定义书签。

光电耦合器的应用

光电耦合器的应用

光电耦合器件发展趋势及地位光电耦合器是一种光电结合的新型器件。

光电祸合器件制作工艺发展很快,新的光电耦合器件不断出现。

因为光电耦合器件有其它电子器件不具备的性能,因此它被广泛地应用于计量仪器、精密仪器、过程控制、计算机系统、通信设备、医疗设备及家用电器中。

随着工艺技术的不断提高,可望将有更高集成水平、更大工作电流、更高工作速度、原副边耐压更高的光电耦合器件出现。

光电耦合器件有更广泛的应用前景,它将会替代一些与之相比性能较差的电子器件。

光电耦合器的结构特点和特点光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内,然后利用发光器件的管脚作输入端,而把光接收器的管脚作为输出端。

当在输入端加电信号时,发光器件发光。

这样,光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。

从而实现了以“光”为媒介的电信号传输,而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。

这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体光电子器件。

光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。

图1是三种系列的光电耦合器电路图。

光电耦合的主要特点如下:•输入和输出端之间绝缘,其绝缘电阻一般都大于1010Q ,耐压一般可超过1kV,有的甚至可以达到10kV以上。

•由于“光”传输的单向性,所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象,其输出信号也不会影响输入端。

•由于发光器件(砷化镓红外二极管)是阻抗电流驱动性器件,而噪音是一种高内阻微电流的电压信号。

因此光电耦合器件的共模抑制比很大,所以,光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。

•容易和逻辑电路配合。

•响应速度快。

光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒级。

•无触点、寿命长、体积小、耐冲击。

——100 <b)G0——200 <c)GO—-300光耦的主要性能特点如下:①隔离性能好,输入端与输出端完全实现了电隔离,其绝缘电阻RISO 一般均能达到1010Q以上,绝缘耐压VISO在低压时都可满足使用要求,高耐压一般能超过lkV,有的可达10kV以上。

简述光电耦合器的光电隔离原理

简述光电耦合器的光电隔离原理

简述光电耦合器的光电隔离原理
光电耦合器是一种特殊的耦合器件,它可以将电能和光能在电路中进行转换。

因此,它广泛地应用于各种电子设备中。

但是,当开关电源通过它时,由于电源开关的冲击,使电路的稳定性受到了一定的影响。

为了避免这种情况发生,光电耦合器应运而生。

光电耦合器的隔离原理
光电耦合器是利用光作为能量载体将光信号转换成电信号,实现能量传递的器件。

它是一种利用光电效应实现能量耦合与转换的器件。

其结构主要包括光敏元件、光导纤维、放大器和隔离电路等部分。

当发光二极管发出的光线穿过光敏元件时,由于其内部存在电场,会使光敏元件产生光电流。

光电耦合器中有一个光敏器件与一个发光二极管相连,当光线照射到它时,会使它发光。

光电流经过放大器放大后再传递给被隔离的电路中的负载电容和输出端电容,从而完成能量转换和传输。

光电耦合器在电路中起到了信号隔离和信息传递的作用,但是在应用时也存在着一定的问题。

其中比较常见的问题是输入和输出信号间存在干扰,使得信号失真甚至不能正常工作。

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隔离放大器工作原理

隔离放大器工作原理

隔离放大器工作原理
隔离放大器是一种特殊的操作放大器,其工作原理是将输入信号隔离开放大器的输出端,以确保输入信号与输出信号之间具有电气隔离,从而实现输入与输出之间的高阻抗隔离。

隔离放大器通常由两个部分组成:输入端和输出端。

输入端接收输入信号,并经过隔离电路进行电气隔离,然后输入到放大器的放大电路中进行放大。

输出端接收来自放大电路的放大信号,并经过隔离电路进行电气隔离,然后输出到负载上。

隔离放大器的工作原理可以通过以下步骤来解释:
1. 输入信号经过输入隔离电路,将输入信号与输出端隔离开,一般使用高阻抗输入电路或光电耦合器实现电气隔离。

2. 经过隔离电路之后,输入信号进入放大电路进行放大。

放大电路可以采用各种不同的放大器电路,如运算放大器、差动放大器等。

3. 放大信号经过输出隔离电路进行电气隔离,一般使用输出变压器、光电耦合器等实现。

4. 经过隔离电路之后,放大信号输出到负载上,并提供给外部设备进行进一步处理。

隔离放大器的主要作用是消除输入与输出之间的电气联系,保证输入信号与输出信号之间的高阻抗隔离,从而避免输入信号对输出信号的影响,同时提高系统的抗干扰能力。

这使得隔离放大器在工业自动化、仪器仪表、医疗设备等领域得到广泛应用。

线性光耦原理与电路设计,4-20mA模拟量隔离模块,PLC采集应用

线性光耦原理与电路设计,4-20mA模拟量隔离模块,PLC采集应用

1. 线形光耦介绍光隔离是一种很常用的信号隔离形式。

常用光耦器件及其外围电路组成。

由于光耦电路简单,在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到,如UART协议的20mA电流环。

对于模拟信号,光耦因为输入输出的线形较差,并且随温度变化较大,限制了其在模拟信号隔离的应用。

对于高频交流模拟信号,变压器隔离是最常见的选择,但对于支流信号却不适用。

一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案,如ADI的AD202,能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度,但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换,对产生的交流信号进行变压器隔离,然后进行频率-电压转换得到隔离效果。

集成的隔离放大器内部电路复杂,体积大,成本高,不适合大规模应用。

模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。

线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别,只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变,增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。

这样,虽然两个光接受电路都是非线性的,但两个光接受电路的非线性特性都是一样的,这样,就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性,从而达到实现线性隔离的目的。

市场上的线性光耦有几中可选择的芯片,如Agilent公司的HCNR200/201,TI子公司TOAS的TIL300,CLARE的LOC111等。

这里以HCNR200/201为例介绍2. 芯片介绍与原理说明HCNR200/201的内部框图如下所示其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。

1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。

输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和 K2,即K1与K2一般很小(HCNR200是0.50%),并且随温度变化较大(HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间),但芯片的设计使得 K1和K2相等。

光电隔离放大电路讲解

光电隔离放大电路讲解

光电耦合器件把发光器件和光敏器件组装在一起,以光为媒介,实现输入和输出之间的电气隔离。

光电耦合是一种简单有效的隔离技术,关键技术在于破坏了“地干扰的传播途径,切断了干扰信号进入后续电路的途径,有效地抑制了尖脉冲和各种噪声干扰。

电流传输比是光电耦合器件性能的一个重要标志[1],定义为输出电流与输入电流的比值。

虽然光电耦合器具有非常好的隔离性能,但是由于非线性使其不能在模拟信号的隔离上大量使用。

线性光耦的出现有效地解决了这个问题。

但用其搭成电路后,电路线性输出范围较窄(在0~3 V左右)[2],并且价格较高,在某种程度上影响了它的适用范围。

本文利用双路光耦设计了非线性光耦的隔离电路,在实现线性传输完成信号采集的同时,增宽了电路的线性输出范围。

1 电路设计1.1 设计原理光敏二极管是光伏型器件,有光伏型和光电导型两种工作模式[3]。

线性光耦内部大多采用光敏二极管进行光耦合,因此,线性光耦(如SLC800等)大多都有两种工作模式。

光敏三极管虽然是光伏效应器件,但在零偏时,光敏三极管并无信号电流输出[4]。

因此,利用光敏三极管进行光耦合的光耦器件仅具有光电导型工作模式。

光敏三极管是一种相当于将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大器[4-5],其原理如图1(a)所示。

其工作过程可分为光电转换和光电流放大两个环节。

当基极受光时,入射光子在基区及收集区被吸收而产生电子-空穴对,生成光生电压,由此产生的光生电流进入发射极,从而在集电极回路中得到了一个放大了β倍的信号电流。

由此可知,在同样光照、同样偏压条件下,光敏三极管的输出电流是光敏二极管的β倍,所以光敏三极管构成的光耦电流传输比是光敏二极管的β倍,电路中与光耦串联的同一阻值电阻的分压也是β倍,如图1(b)所示。

由此可通过利用光敏三极管进行光耦合的光耦器件设计一种线性输出范围较宽的线性光耦隔离电路。

1.2 电路组成设计电路由光电耦合部分、输入部分和输出部分组成,如图2所示。

电大《机电接口技术》一体化题(2013年12月新)资料

电大《机电接口技术》一体化题(2013年12月新)资料

一、判断题第一章1.高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。

(√)2.交流地与信号地不能共用。

(√)3.浮地主要用于对电场的屏蔽。

(×)4.数字地是指传感器的地。

(×)5.高电平线和低电平线不要走同一条电缆。

(√)6.屏蔽地是为了防止静电感应和磁场感应而设的地线。

(√)7.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必须的条件(√)。

8.集成稳压器的输出电压为12V。

(×)9.工业生产中干扰的来源主要有:空间干扰、过程通道干扰、供电系统干扰。

(√)10.交流地与信号地不能共用。

(√)11.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。

(√)12.为了防止电网电压等对测量回路的损坏,为了防止电磁等干扰造成的系统不正常运行,需要隔绝电气方面的联系,即只需要强电隔离。

(×)13、集成稳压器性能表征有极限参数、工作参数、质量参数等。

(√)14、常用的集成稳压器有7800、7900、317、337系列。

(√)15、当需要提高集成稳压器输出时,可采用稳压管或电阻升压的方法。

(√)16、DC/DC也是一种常用的直流电源,(√)17、三端式带隙基准源AD580,它能提供2.5V的基准电压。

(√)18、AD580是12位D/A转换器AD7542的精密基准源。

(√)19、工业生产中的干扰一般以脉冲的形式进入控制系统。

(√)20、屏蔽地,也叫机壳地,是为防止静电感应和磁场感应而设的地线。

(√)21、模拟地作为A/D转换前置放大器或比较器的零电位。

(√)22、直流地是直流电源的地线。

(√)23、极限参数是反映集成稳压器所能承受的最大的安全工作的条件。

(√)24、工作参数反映了集成稳压器能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。

(√)25、质量参数是反映器件基本特性的参数,它为使用者提供了选择的依据。

(√)第二章1.输入级又称前置级,它是一个高性能的差动放大器。

高速高线性度BiCMOS光电耦合隔离放大器设计的开题报告

高速高线性度BiCMOS光电耦合隔离放大器设计的开题报告

高速高线性度BiCMOS光电耦合隔离放大器设计的开题报告一、研究背景和意义:随着现代工业自动化和信息化的快速发展,工业控制系统、计算机网络和通信系统等重要领域对于高速隔离放大器的需求越来越迫切,尤其是在工业控制领域中,为保证系统的安全性,需要对高压、高电流等工业信号进行隔离、放大和转换,因此较为常见的做法是采用光电耦合技术来实现信号的隔离和传输。

对于光电耦合器的应用中,放大器作为光电耦合隔离系统中最为核心的部分之一,起着一个至关重要的作用。

早期采用的放大器主要是单片、双晶体管结构,随着科学技术的不断进步和半导体工艺的逐步成熟,逐步发展起了各种高性能放大器。

本课题将研究一种基于高速高线性度BiCMOS工艺的光电耦合隔离放大器,该放大器具有高速、高线性度、低噪声等特点,能够满足工业控制系统、计算机网络和通信系统等领域的需要,为提高系统性能、保障系统安全提供必要技术支撑。

二、研究内容和步骤:(1)设计高速高线性度BiCMOS光电耦合隔离放大器电路原理图;(2)根据电路原理图进行仿真和优化,得出合适的电路参数;(3)利用EDA工具进行电路设计,按照电路参数和原理图进行电路布局、原理图设计与仿真;(4)进行芯片的制作和测试,验证设计结果是否达到预期;(5)评估该光电耦合隔离放大器的性能,并与目前主流的光电耦合隔离放大器进行比较分析,最终得出结论。

三、预期研究成果:本研究将设计一种基于高速高线性度BiCMOS工艺的光电耦合隔离放大器,其性能表现在高速、高线性度和低噪声方面具有显著的优势,同时制作出的芯片还将通过实际测试验证其性能参数的准确性和稳定性,为工业控制系统、计算机网络和通信系统等领域的高速隔离放大器的应用提供新的技术支持,对于提高系统性能、保障系统安全将有重要的意义。

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学号XX模拟电子技术基础课程设计设计说明书应用光电耦合器设计线性隔离放大器起止日期:年月日至年月日学生姓名XX班级XX成绩指导教师(签字)电子与信息工程系年月日目录绪论 (1)1.设计任务 (2)2.总体设计概要 (3)2.1 总体概述 (3)2.2光电耦合器设计线性隔离放大器的生成方案 (3)2.2.1 光电耦合器的生成方案 (3)2.2.2 差分放大电路的工作方案 (3)2.2.3 电路的调试步骤 (4)2.2.4 调试中应注意的问题 (4)3.整体电路及结果 (5)4.设计总结 (6)参考文献7绪论本文所讨论的线性光耦隔离电路是借助于一般光电耦合器的特性,用偏置法和差分技术设计而成,是用来隔离计算机所输出电压源的数字信号与负载模拟信号之间的干扰。

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,因此可以用来消除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。

光电耦合器是通过光线实现耦合的,输入和输出之间没有直接的电气联系,故具有很强的隔离作用,在实际应用中很广泛,光电耦合器件具有非线性电流传输特性,这对于数字量和开关量的传输不成问题,但若直接用于模拟量的传输,则线性度和精度都很差,本电路采用的是LTP521-2光电耦合器,其参数为通道数:2、隔离电压:2500V 、输出类型:晶体管输入电流:50mA、输出电压:55V、封装类型:DIP、针脚数:8、光电耦合器类型:晶体管输出、封装类型:DIP-8、工作温度范围:-55°C to +100°C、批准机构:UL、正向电压Vf 最大:1.3V、电压Vceo:55V、电流If 平均:5mA、输出电压最大:55V、电流传递率(CTR)最小值:20、电流传递率(CTR)典型值:20%。

本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。

1.设计任务应用光电耦合器设计线性隔离放大器,其主要功能要求如下:(1)工作电压:双路+15V(2)系统带宽:10KHz(3)线性度:1%(4)最大输出电压:Vpp=5V(5)系统增益:0dB2.总体设计概要2.1 总体概述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的输入电流,使其工作在线性区。

而光电耦合器和偏置输入通过差分放大电路来耦合光电耦合器的漂移和非线性。

差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。

2.2 光电耦合器设计线性隔离放大器的生成方案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光电耦合器,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1所示。

图1 光耦隔离放大电路的结构图2.2.1 光电耦合器的生成方案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。

2.2.2 差分放大电路的工作方案本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。

图2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。

图2 线性光耦隔离电路的接线原理图2.2.3 电路的调试步骤1、调节放大器(1)的反相端,使输入电压为零(即接地)。

2、为保证光电耦合器(1)工作在线性区,调节放大器(1)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。

3、调节光电耦合器(2),使得两个耦合器的输入电流完全相同(因为其电流工作特l生),从而使得输出电流也近似相同(因为电子元器件本身的误差,不可能完全相同)。

4、调节放大器(2)和(3)的正相输入电压,使两者相等。

这样,在放大器(4)的输出端可以得到一个接近零的输出(也不能完全为零)。

R12为放大倍数调节电阻。

5、调节R17使得放大器(5)输出端电压为零,即PR17为调零电阻。

6、根据所给输入电压Vin调节放大倍数,得到所需电压Vout。

2.2.4 调试中应注意的问题1、电路中所有+Vcc均为+12V,-Vcc均为-12V,GND为地,但光电耦合器左右两边用两套电源,以避免信号干扰。

2、对单个放大器而言,在调试时,尽量让输出电压在12V以下。

3、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),本实验采用6.17mA(0V输入时)。

且当输入电压Vin从0~5V改变时,光电耦合器(1)的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化,这样可以尽可能保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化。

4、电压放大过程实际由两部分组成,第一部分为放大器(1),第二部分为后四个放大器组成的集成运放块。

3.整体电路及结果加入频率电压源,得出波形图,如图3。

图3 由光电耦合器设计的线性隔离放大器同过调节滑动变阻器R7的阻值来改变通过R7两端的电流,使通过R7的电流值与通过R6的电阻值相等,且落在光耦的电流线性工作区内,从而使得两个耦合器的输入电流完全相同。

通过调节滑动变阻器R9的阻值来改变R9两端的电压,使得加在电阻R9两端的电压等于加在电阻R8两端的电压。

通过调节滑动变阻器R17的值,使输出端电压Vout=0。

将给定输入电压与放大器(1)的反相端相连,通过调节R12对输入信号进行差分放大,得到所需电压Vou。

4.设计总结这次课设抽到了一个比较陌生的题目,用光电耦合设计出来线性隔离放大器。

通过查资料等多种途径认识了光电耦合器。

当初的设计思路是采用新型电路即用TPL521采用输入部分和输出部分隔离通过光电耦合器产生光电流进入放大电路,最终得到理想的结果。

但是用软件模拟仿真的时候才发现,仿真软件中只有MCT8,所以不得不采取最基本的电路来设计光耦合线性隔离放大器。

最终将电路设计出来。

虽然中间遇到了很多的困难,但是还是完成了任务。

由于刚开始对电路的工作原理很陌生,所以一直没有明白这个电路要实现的是什么功能,等真正做完以后才知道,本电路采用光电耦合技术,采用差动放大原理、深负反馈技术和可控恒流电路设计。

当给定的输入电压为0~5V,输出电压能达到0~12V。

本次课程设计,我负责原始电路的部分设计及multlab仿真,虽然中间遇到了了很多问题,导致不能出现理想的结果,但最终早组员和同学的帮助下一一解决了。

通过这次的实验,我了解了光电耦合器的工作原理及接线,以及两种放大器LF356和LF347的工作原理,更加深了对书本上所学的知识,并将其应用到实际操作中。

通过本次课程设计,加深了对放大电路的理解,对其工作原理也得到深化,对放大电路引出的一系列的参数如反馈系数,反馈方式,放大系数等的计算都有了明显的加强。

同时,也接触了老师上课没有触及到的地方及深度,了解了光电耦合器的工作原理和其一些基本的工作原理及参数。

也认识到了模拟电子技术在工业及生活上的应用。

日常生活中接触的好多电子设备都用到了模拟电子技术。

本次课设从开始着手准备找资料和设计电路图思路,让我真正的意识到了团队合作的力量,再大的工程量也要分批次进行。

团结合作,励精图治,精益求精,踏实进取才是成功的关键。

另外实践能力和动手能力是检验理论的最好的工具,学有所用,将书本上的知识运用到实践环节,虽然期间会有很多的坎坷,甚至会经过很多次失败,但是过程就已经锻炼了我们的方方面面。

所以,无论结果是什么样,这都是一次难忘的课程设计。

在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。

而且同时学习到很多以前不懂的东西。

比如一些原件的功能,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。

所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

参考文献[1] 康华光.电子技术基础—模拟部分[M].5 版.北京:高等教育出版社,2006;[2] 蒋卓勤,邓玉元.Multisim 2001 及其在电子设计中的应用[M].西安:电子科技大学出版社,2003;[3] 朱兆优, 林刚勇,马善农等. 电子电路设计技术[M]. 北京:国防工业出版社,2007.。

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