由光耦组成的模拟信号放大电路的设计

1前言通常隔离放大器都具有极好的抗共模干扰能力，还可有效阻断现场和数据采集系统之间的电联系，但并不切断它们之间的信号传递，在通信、工业、医疗器材、电源及测试装置等系统之中，电路的隔离是必要的，传统的实现的隔离都是由变压器及光耦合元件完成的，其中变压器用于耦合交流信号；而光耦合器则用于直流信号的耦合。

与一般的光耦合元件不同，LOC11X 光耦合器可工作在伺服模式，并能用以补偿发光二极管的非线性时间及温度特性，除此之外，LOC11X 光耦合器还能同时耦合交流及直流信号，为设计者提供了可取代大体积变压器及非线性光耦合元件的更佳选择。

2结构原理LOC11X光耦合器有LOC110、LOC111和LOC112三种型号，其内部结构为一个红外线发光二极管与两个光电三极管形成的光耦合。

其中的一个光电三极管可在伺服反馈机制中对发光二极管的导通电流予以补偿；另一个光电三极管用于提供输入及输出电路间的电流隔离。

图1所示是LOC11X的内部结构及引脚排列。

LOC11X光耦合器有DIP和表面贴装两种封装形式，它们均能耦合模拟和数字信号，且具有高增益稳定性，其带宽大于200kHz，线性度可达0．01％。

由于LOC11X光耦合器内部有一对线性光耦合器，应当用在电流隔离，可保持正确的交流及直流信号的耦合以及输入／输出的线性，它有光电压和光电导两种工作模式。

2．1光电导模式图2是LOC11X光耦合器在光电导模式下工作的典型电路，该电路被配置成光电三极管的集电极与基极反向偏压，这是LOC11X光耦合器在光电导模式下运作的典型接法。

当输入电压VIN在0V且IF为0mA时，U1有一个大的开环增益值，而随着VIN值的升高，U1的输出值开始进入VCC1的轨迹上，随着U1输出的增大，IF 开始有电流值，发光二极管也进入工作状态。

接着，光电三极管受到发光二极管所发出光的照射而导通并产生电流I1，当I1流经R1时，将在U1的反相端产生电压VA，从而使得放大器进入负反馈工作状态。

8脚光耦的作用及工作原理
在现代电子产品中，光电器件扮演着至关重要的角色，其中的光耦更是一种被广泛应用的器件。

8脚光耦作为其中的一种类型，在各种电路设计中都扮演着重要的作用。

光耦的作用
光耦（光电耦合器件）是一种利用光电效应的器件，可以将输入端的光信号转换为输出端的电信号。

8脚光耦在电路设计中常用于隔离和传输信号，起到了隔离、传输和放大信号的作用。

它的存在大大提高了数字电路与模拟电路之间、高压与低压之间的隔离效果，保护了电路中的各个部分。

光耦的工作原理
8脚光耦由发光二极管（LED）和光敏三极管（光电晶体管）组成，LED接收输入端发送的电信号并将其转换为光信号，光信号经过隔离后作用于光敏三极管，激发了三极管中的电荷载流子，导致电压、电流的变化。

这样，输入端的信号就被成功转换为输出端的电信号，实现了信号的隔离和传输。

8脚光耦在电路设计中的应用
在电路设计中，8脚光耦常用于隔离数字信号和模拟信号，如在逆变器、功放等电路中。

通过8脚光耦，可以实现输入端和输出端的隔离，有效防止信号干扰和短路，保护电路元件，提高电路的稳定性和可靠性。

此外，8脚光耦还可以用于电路的开关控制、信号隔离、电平转换等功能。

在工业控制、通讯设备、医疗器械等领域都有着广泛的应用。

总的来说，8脚光耦作为一种重要的光电器件，在现代电子产品中扮演着不可替代的角色。

通过光信号的转换和隔离作用，它为电路设计提供了一种稳定可靠的解决方案，保障了电子产品的正常运行和数据传输的准确性。

1。

光耦pc410典型应用电路
光耦PC410是一种光电耦合器，它可以将输入的电信号转换为光信号，并
通过光纤传输到接收端，再由接收端将光信号转换为电信号。

由于其具有高隔离电压、低电流噪声、低延迟时间等特点，因此被广泛应用于各种电路中。

以下是光耦PC410的一些典型应用电路：
1. 数字逻辑隔离电路：在数字电路中，经常需要将信号从一个电路隔离到另一个电路，以避免不同电路之间的干扰。

光耦PC410可以用于实现数字信
号的隔离传输，保证信号的完整性和稳定性。

2. 模拟信号隔离电路：在模拟电路中，需要对模拟信号进行隔离传输，以避免噪声和干扰的影响。

光耦PC410可以用于实现模拟信号的隔离传输，保
证信号的准确性和稳定性。

3. 传感器信号隔离电路：在传感器电路中，需要将传感器的输出信号传输到后续处理电路中。

由于传感器电路的工作环境可能比较恶劣，因此需要使用光耦PC410进行隔离传输，以避免干扰和噪声的影响。

4. 电源隔离电路：在电源电路中，需要将电源与负载电路进行隔离，以避免负载电路对电源的影响。

光耦PC410可以用于实现电源与负载之间的隔离
传输，保证电源的稳定性和安全性。

5. 高速数字信号传输电路：光耦PC410具有低延迟时间的特点，因此可以
用于高速数字信号的传输。

例如，在光纤通信和高速数字接口电路中，可以使用光耦PC410进行信号的传输和隔离。

总之，光耦PC410作为一种重要的光电耦合器，被广泛应用于各种电路中，实现信号的隔离、传输和转换等功能。

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。

线性光耦隔离电路线性光耦隔离电路的设计所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成，框图如图1所示。

因为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(1)的输入电流，使其工作在线性区。

而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)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。

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图1中光电耦合器(1)和(2)，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2所示。

线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。

图中，LF356为放大器(1)，中间两个光电耦合器由TLP521-2构成，后面四个放大器由LF347构成。

线性光耦隔离电路的工作原理光电耦合器的工作特性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。

光耦电路工作原理光耦电路是一种利用光信号进行传输和控制的电路，主要由光发射器、光接收器和光电检测器组成。

其工作原理主要基于光电转换、信号传输、隔离作用、电压放大、线性输出、高速响应和可靠性高等特点。

一、光电转换光耦电路中的光发射器通常采用发光二极管（LED）或激光二极管等光源，当电流通过这些光源时，它们会发出光线。

当光线照射到光电检测器上时，会产生光电流，即实现了光电转换。

这个过程是将电信号转换为光信号，为光信号的传输做准备。

二、信号传输在光耦电路中，由于光具有优秀的传输特性，可以在较长距离上传输而不损失信号质量。

通过将电信号转换为光信号，实现了电信号的长距离传输，从而可以将电路中的各个部分连接起来，实现电路的集成化设计。

三、隔离作用光耦电路中的光电检测器将接收到的光信号转换为电信号，但这个电信号与输入的电信号之间是相互隔离的。

这种隔离作用可以有效地避免电路中的相互干扰和噪声，提高电路的稳定性和可靠性。

四、电压放大光耦电路中的光电检测器通常具有电压放大功能，可以将接收到的微弱光信号转换为较强的电信号。

这种电压放大功能可以增强电路的输出能力，使得电路更加适合于实际应用。

五、线性输出光耦电路中的光电检测器通常具有线性输出特性，即输出的电信号与输入的光信号之间呈线性关系。

这种线性输出特性使得光耦电路在模拟信号传输和控制方面具有广泛的应用。

六、高速响应由于光速非常快，因此光耦电路中的光电转换和信号传输速度非常快，可以实现高速响应。

这种高速响应特性使得光耦电路在数字信号传输和控制系统等方面具有广泛的应用。

七、可靠性高光耦电路中的光源和光电检测器通常采用半导体材料制作，具有较长的使用寿命和较高的稳定性。

此外，由于光耦电路中不存在机械接触部分，因此具有较高的可靠性，适用于各种恶劣环境和工业应用场景。

基于HCNR201的高精度模拟信号隔离电路设计刘希高;凌春晖;吕馥言;刘志民;吴淼【摘要】To solve the conflict between detection and tunneling in coal mine roadway excavation , focusing dual-frequency IP instrument based on the dual frequency IP method and deflection effect of the electric field was developed .The instrument re-quires output five dual frequency modulated square wave current which is controllable separately and isolated from one another and needs to sample the value of output voltage and current with high accuracy .This paper analyzed theoretically the working principle of precision linear isolation circuit based on the linear optocoupler HCNR 201 and derived the voltage transfer function of the circuit.On the basis of circuit analysis,a high-precision analog signal isolation circuit based on HCNR 201 was designed, which includes the isolation sampling circuit of output voltage and current and isolation controlling circuit .The paper built the i-solation sampling circuit of output voltage .According to the measured data , the designed circuit can achieve high precision isola-tion sampling of 0~2.5 V DC voltage.%为解决煤巷掘进过程中的探掘矛盾,研制了基于双频激电法和电场聚焦偏转效应的矿用聚焦双频激电仪.该仪器要求输出单路幅值可控、5路相互隔离的双频调制方波电流,同时完成输出电压电流值的高精度隔离采样.论文深入分析了基于线性光耦HCNR201的高精度线性隔离放大器的工作原理,从理论上推导了电压传递函数关系;提出了矿用聚焦双频激电仪隔离电路设计方案,完成了高精度模拟信号隔离电路设计(包括输出电压电流隔离采样电路及电压隔离控制电路).通过搭建电压隔离采样电路并对其测试结果精度进行分析,表明该电路可实现0~2.5 V直流电压信号的高精度采集.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P147-150,154)【关键词】模拟信号;线性光耦;隔离电路;传递函数【作者】刘希高;凌春晖;吕馥言;刘志民;吴淼【作者单位】中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院,北京 100083;河北工程大学机电学院,河北邯郸 050638;中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TP212为解决煤巷掘进过程中的探掘矛盾，研制了基于双频激电法和电场聚焦偏转效应的矿用聚焦双频激电仪。