高线性模拟光耦HCNR201_原理及其在检测
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IPD1 , IPD2的大小与 IF 的关系如下 :
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
高线性模拟光耦 HCNR201 原理及其在检测电路中的应用
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图 2 HCNR201 的典型连接电路 IPD1 = K1 IF , IPD2 = K2 IF
由此可见 ,其输入与输出呈一种线性关系 ,且其 隔离放大器的增益可通过调整 R2 与 R1 的比值来实 现。
4 在检测电路中的应用
在某随动检测系统中 , 需要用检测板对系统中 的各电路板的参数进行监测 , 以对工作不正常的电 路板给出故障指示 , 并用单片机来处理检测结果 。 由于实际工作环境比较恶劣 , 为了防止干扰信号由 采集信道进入检测板及保证单片机系统工作正常 , 笔者采用光电耦合器来实现信号的传输 。由于光电 耦合器的发光二极管为电流驱动器件 , 因而应以电 流环路的形式进行传送 , 而且电流环路是低阻抗电 路 ,它对噪声的敏感度较低 ,因此提高了电路的抗干 扰能力 。有时干扰噪声虽有较大 的电压幅度 ,但其能量小 ,所以只 能形成微弱的电流 , 而光电耦合 器输入部分的发光二极管是在电 流状态下工作的 , 只有在通过一 定强度的电流时才能发光 ,因此 , 即使有很高电压幅值的干扰 , 也 会因其所形成的电流大小而被抑 制掉 。
在实际检测电路的某一采集 信道中 , 如需对一组差动输入信 号进行检测 , 可将电路接成如图 3 所示的连接方式 。图中 ,通过放 大器 N1 可将输入的差动信号变
为单边信号后输出 。由于二极管 V1 和 V2 的作用 , 当输入信号为正时 , V2 导通 , V1 截止 ,放大器 N2 呈 开环状态 , 光耦 N5 工作 , N4 关断 ; 而当输入信号为 负时 , 则正好相反 。当 HCNR201 的第 3、4 端的光敏 二极管受光后 , 其输出信号将反馈到放大器的输入 端 ,以提高光耦的线性并减少温漂 。第 5、6 端输出的 信号经运放放大后输出 。电位器 RP1 的作用是调节 运放输入偏置电流的大小 。电容 C2、C3 为反馈电 容 , 可用于提高电路的稳定性 , 消除自激振荡 , 滤除 电路中的毛刺信号 ,降低电路的输出噪声 ,其容值可 根据电路的频率特性来选取 。放大器 N6 的作用是 把光耦输出的电流信号转变为电压信号以供后级电 路使用 ,并增强负载驱动能力 ,降低输出阻抗 。调整 电阻 RP2 的值可以调整信道的增益 。
5 结束语
HCNR201 可以广泛地应用在需要良好稳定性 、 线性度和带宽的模拟信号隔离场合 。它可在单/ 双 极信号输入 、交直流电路 、转换电路等多种模式下工 作 , 因而可广泛应用在数据通讯 、电压电流检测 、开 关电源 、测量和测试工业过程控制 (变换器的隔离 、 热电偶的隔离 、4 - 20mA 模拟电流环发射/ 接收器) 等方面 。 参考文献 1. 王远 . 模拟电子技术 . 机械工业出版社 2. HEWLETT PACKARD 公司资料手册
理 ,给出了用 HCNR201 和运算放大器实现检测电压的隔离传输电路 。
关键词 :光电耦合器件 ; 隔离 ; 测量电路 ; HCNR201
分类号 : TN151
文献标识码 :B
文章编号 :1006 - 6977 ( 2003) 02 - 0024 - 02
1 前言
在测试系统中 ,为了减少环境噪声对测试电路的 影响 , 确保测量结果的准确性 , 往往将被测电路与测 试电路在电气上进行隔离 ,这就需要光电耦合器 。普 通光电耦合器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 ,但对于模拟量的传输精 度则很差 。本文介绍了 HP 公司生产的一种高线性度 模拟光电耦合器 HCNR201 主要结构和工作原理 。笔 者曾在某随动检测系统中使用 HCNR201 来精确地传 送检测板所需的电压信号 。并进行前向信道与后向信 道的隔离 ,取得了满意的效果 。
●耐压能力为一分钟 5000V , 最大绝缘工作电 压为 1414V ;
●具有 0～15V 的输入/ 输出范围 。 HCNR201 光电耦合器的内部结构如图 1 所示 , 其中 LED 为铝砷化镓发光二极管 , PD1、PD2 是两个 相邻匹配的光敏二极管 , 这种封装结构决定了每一 个光敏二极管都能从 LED 得到近似的光照 , 因而消 除了 LED 的非线性和偏差特性所带来的误差 。当电 流流过 LED 时 ,LED 发出的光被耦合到 PD1 与 PD2 , 从而在器件输出端产生与光强成正比的输出电流 。 在使用时 , 可将第 3、4 输出端与第 1、2 输入端 一起接入控制回路 , 其中第 3、4 端的光敏二极管起 反馈作用 , 它可将产生的输出电流再反馈到第 1、2 端的 LED 上 ,以对输入信号进行反馈控制 。
2 HCNR201 的结构及工作原理
HCNR201 光电耦合器是一种由三个光电元件 组成的器件 ,主要技术指标如下 :
●具有 ±5 %的传输增益误差和 ±0. 05 %的线 性误差 ;
●具有 DC～1MHz 的带宽 ;
图 1 HCNR201 的内部结构原理
●绝缘电阻高ຫໍສະໝຸດ Baidu 1013Ω ,输入与输出回路之间的 分布电容为 0. 4p F ;
其中 K1 和 K2 分别为 IPD1 和 IPD2 随 IF 的变化参 数 ,对于 HCNR201 来说 ,其参数变化应是一致的 ,当 典型值为 1 时的取值范围为 0. 95～1. 05。对于图 2 所示电路 , 其输入 Vin = IPD1 R1 , 输出端 Vout = IPD2 R2 , 故有 Vout / Vin = K R2 / R1 。
Its Applications in Testing Circuit
Zhao Xin Liu Hongtao
摘要 : HCNR201 是 HP 公司生产的高线性度模拟光电耦合器 , 它具有很高的线性度和灵敏度 , 可在
检测系统中精确地传送电压信号 。文中介绍了高线性度模拟光耦 HCNR201 的内部结构和工作原
收稿日期 :2002 - 07 - 15 咨询编号 :030211
图 3 检测电路连接图
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
3 应用电路
3. 1 基本外围电路配置 图 2 是 HCNR201 的外围电路配置 。其中 IPD1和
IPD2表示 LED 的输入电流 IF 和光敏二极管的反向电 压处在额定值时光敏二极管中流过的电流 。该电流 的大小与 IF 有关 。如果 LED 的输出光强发生改变 , 那么 , 放大器 N1 就会调节 IF 以进行补偿 , 并且在 PD1、PD2 上保持一个稳定的电流 。
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《国外电子元器件》2003 年第 2 期 2003 年 2 月
●应用与设计
高线性模拟光耦 HCNR201 原理及其在检测 电路中的应用
西北机电工程研究所 赵昕 刘洪涛
The Principle of High Linearity Analog Optocouplers HCNR201 and
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
高线性模拟光耦 HCNR201 原理及其在检测电路中的应用
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图 2 HCNR201 的典型连接电路 IPD1 = K1 IF , IPD2 = K2 IF
由此可见 ,其输入与输出呈一种线性关系 ,且其 隔离放大器的增益可通过调整 R2 与 R1 的比值来实 现。
4 在检测电路中的应用
在某随动检测系统中 , 需要用检测板对系统中 的各电路板的参数进行监测 , 以对工作不正常的电 路板给出故障指示 , 并用单片机来处理检测结果 。 由于实际工作环境比较恶劣 , 为了防止干扰信号由 采集信道进入检测板及保证单片机系统工作正常 , 笔者采用光电耦合器来实现信号的传输 。由于光电 耦合器的发光二极管为电流驱动器件 , 因而应以电 流环路的形式进行传送 , 而且电流环路是低阻抗电 路 ,它对噪声的敏感度较低 ,因此提高了电路的抗干 扰能力 。有时干扰噪声虽有较大 的电压幅度 ,但其能量小 ,所以只 能形成微弱的电流 , 而光电耦合 器输入部分的发光二极管是在电 流状态下工作的 , 只有在通过一 定强度的电流时才能发光 ,因此 , 即使有很高电压幅值的干扰 , 也 会因其所形成的电流大小而被抑 制掉 。
在实际检测电路的某一采集 信道中 , 如需对一组差动输入信 号进行检测 , 可将电路接成如图 3 所示的连接方式 。图中 ,通过放 大器 N1 可将输入的差动信号变
为单边信号后输出 。由于二极管 V1 和 V2 的作用 , 当输入信号为正时 , V2 导通 , V1 截止 ,放大器 N2 呈 开环状态 , 光耦 N5 工作 , N4 关断 ; 而当输入信号为 负时 , 则正好相反 。当 HCNR201 的第 3、4 端的光敏 二极管受光后 , 其输出信号将反馈到放大器的输入 端 ,以提高光耦的线性并减少温漂 。第 5、6 端输出的 信号经运放放大后输出 。电位器 RP1 的作用是调节 运放输入偏置电流的大小 。电容 C2、C3 为反馈电 容 , 可用于提高电路的稳定性 , 消除自激振荡 , 滤除 电路中的毛刺信号 ,降低电路的输出噪声 ,其容值可 根据电路的频率特性来选取 。放大器 N6 的作用是 把光耦输出的电流信号转变为电压信号以供后级电 路使用 ,并增强负载驱动能力 ,降低输出阻抗 。调整 电阻 RP2 的值可以调整信道的增益 。
5 结束语
HCNR201 可以广泛地应用在需要良好稳定性 、 线性度和带宽的模拟信号隔离场合 。它可在单/ 双 极信号输入 、交直流电路 、转换电路等多种模式下工 作 , 因而可广泛应用在数据通讯 、电压电流检测 、开 关电源 、测量和测试工业过程控制 (变换器的隔离 、 热电偶的隔离 、4 - 20mA 模拟电流环发射/ 接收器) 等方面 。 参考文献 1. 王远 . 模拟电子技术 . 机械工业出版社 2. HEWLETT PACKARD 公司资料手册
理 ,给出了用 HCNR201 和运算放大器实现检测电压的隔离传输电路 。
关键词 :光电耦合器件 ; 隔离 ; 测量电路 ; HCNR201
分类号 : TN151
文献标识码 :B
文章编号 :1006 - 6977 ( 2003) 02 - 0024 - 02
1 前言
在测试系统中 ,为了减少环境噪声对测试电路的 影响 , 确保测量结果的准确性 , 往往将被测电路与测 试电路在电气上进行隔离 ,这就需要光电耦合器 。普 通光电耦合器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 ,但对于模拟量的传输精 度则很差 。本文介绍了 HP 公司生产的一种高线性度 模拟光电耦合器 HCNR201 主要结构和工作原理 。笔 者曾在某随动检测系统中使用 HCNR201 来精确地传 送检测板所需的电压信号 。并进行前向信道与后向信 道的隔离 ,取得了满意的效果 。
●耐压能力为一分钟 5000V , 最大绝缘工作电 压为 1414V ;
●具有 0～15V 的输入/ 输出范围 。 HCNR201 光电耦合器的内部结构如图 1 所示 , 其中 LED 为铝砷化镓发光二极管 , PD1、PD2 是两个 相邻匹配的光敏二极管 , 这种封装结构决定了每一 个光敏二极管都能从 LED 得到近似的光照 , 因而消 除了 LED 的非线性和偏差特性所带来的误差 。当电 流流过 LED 时 ,LED 发出的光被耦合到 PD1 与 PD2 , 从而在器件输出端产生与光强成正比的输出电流 。 在使用时 , 可将第 3、4 输出端与第 1、2 输入端 一起接入控制回路 , 其中第 3、4 端的光敏二极管起 反馈作用 , 它可将产生的输出电流再反馈到第 1、2 端的 LED 上 ,以对输入信号进行反馈控制 。
2 HCNR201 的结构及工作原理
HCNR201 光电耦合器是一种由三个光电元件 组成的器件 ,主要技术指标如下 :
●具有 ±5 %的传输增益误差和 ±0. 05 %的线 性误差 ;
●具有 DC～1MHz 的带宽 ;
图 1 HCNR201 的内部结构原理
●绝缘电阻高ຫໍສະໝຸດ Baidu 1013Ω ,输入与输出回路之间的 分布电容为 0. 4p F ;
其中 K1 和 K2 分别为 IPD1 和 IPD2 随 IF 的变化参 数 ,对于 HCNR201 来说 ,其参数变化应是一致的 ,当 典型值为 1 时的取值范围为 0. 95～1. 05。对于图 2 所示电路 , 其输入 Vin = IPD1 R1 , 输出端 Vout = IPD2 R2 , 故有 Vout / Vin = K R2 / R1 。
Its Applications in Testing Circuit
Zhao Xin Liu Hongtao
摘要 : HCNR201 是 HP 公司生产的高线性度模拟光电耦合器 , 它具有很高的线性度和灵敏度 , 可在
检测系统中精确地传送电压信号 。文中介绍了高线性度模拟光耦 HCNR201 的内部结构和工作原
收稿日期 :2002 - 07 - 15 咨询编号 :030211
图 3 检测电路连接图
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
3 应用电路
3. 1 基本外围电路配置 图 2 是 HCNR201 的外围电路配置 。其中 IPD1和
IPD2表示 LED 的输入电流 IF 和光敏二极管的反向电 压处在额定值时光敏二极管中流过的电流 。该电流 的大小与 IF 有关 。如果 LED 的输出光强发生改变 , 那么 , 放大器 N1 就会调节 IF 以进行补偿 , 并且在 PD1、PD2 上保持一个稳定的电流 。
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《国外电子元器件》2003 年第 2 期 2003 年 2 月
●应用与设计
高线性模拟光耦 HCNR201 原理及其在检测 电路中的应用
西北机电工程研究所 赵昕 刘洪涛
The Principle of High Linearity Analog Optocouplers HCNR201 and