使用HCNR200线性光耦的原理与电路设计

1. 线形光耦的研究设计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。

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。

[电路技术] 排版要求：图片要重新制作。

线性光耦原理与电路设计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。

基于光耦合器HCNR200的电流检测电路设计分享
作为光耦合器家族中的成员之一，HCNR200型号的光耦在很多通讯电路系统中都担任着重要作用。

此前我们曾经就这一光耦合器的工作原理进行过简要分析，在今天的文章中，我们将会为大家分享两种基于HCNR200光耦合器的电流检测电路设计方案，希望能够通过本文的分享，对各位工程师的设计研发工作带来一定帮助。

 光电导模式中的电流检测电路设计方案
 在光电导工作模式下，我们所设计的这一基于光耦合器HCNR200的电流检测电路如下图图1所示。

从下图中我们可以看到，在这一电流检测电路系统中，信号为正极性输入，正极性输出。

在该系统的隔离电路中，R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小，C1起反馈作用，同时滤除了电路中的毛刺信号，可以避免HCNR200中脆弱的LED受到意外冲击。

 图1 光电导模式下的电流检测电路
 但是，这一电流检测电路也有一个缺陷，那就是当随着频率的提高，阻抗将变小，通过光耦合器HCNR200的初级电流增大，增益随之变大，因而，C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响。

虽然减小C1的值可以拓展带宽，但是会影响初级运算放大器的增益，同时，初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除，这是需要重点注意的。

而电阻R3在该电路系统中可以控制LED的发光强度，对控制通道增益会起一定作用。

 光电压模式中的电流检测电路设计方案
 在光电压工作模式下，我们所设计的这一基于光耦合器HCNR200的电流。

使用线性光耦HCNR200制作交流电压测量模块测量范围：幅值30V测量精度：0.5%误差电路自行设计，要求写好设计报告，制作出实物模块。

参考原理见/hiwxzh/blog/item/e145eff1965a43bba40f52a7.html1. 线性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。

干货HCNR200光耦合器工作原理简析光耦合器作为一种照明电路设计过程中不可或缺的重要电子元件，其本身的工作原理和结构情况是需要工程师们牢固掌握的。

就目前的应用情况来看，HCNR200型号的光耦合器作为一种高精度线性光耦，具有低成本、高线性度、高稳定度等多种优点，能够完成多种光电隔离转换电路的设计。

在今天的文章中，我们将会就这种HCNR200光耦的工作原理知识，展开简要分析。

 HCNR200型的线性光耦合器，作为一种高线性度的光耦元件，其本身是由3个光电元件组成，其中LED为高性能的AlGaAs型发光二极管，PDl、PD2是两个用同种工艺制成从而具有严格比例关系的光敏二极管。

当LED中流过电流If时，其所发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1、IPD2，其中If、IPD1、IPD2三者之间满足以下关系式： 在上图所提供的三个公式中，参数K1、K2分别为输入、输出光电二极管的电流传输比，其典型值均为0.5%左右。

因为参数If一般在l~20mA之间，所以IPD1、IPD2一般在50uA以下。

K3为传输增益，当一只HCNR200被制造出来后，其输出侧光电流和输入侧光电流之比就是一个恒定值K3，线性光耦HCNR200的传输增益K3约为1±0.15。

 HCNR200内部结构原理图 HCNR200光耦合器的内部结构原理图，如上图所示。

从上图中我们可以很清楚的看到3个光电元件之间的工作联系。

在使用该芯片来完成电路设计时，发光二极管LED与光电二极管PDl组成隔离转换电路的输入部分并形成负反馈，用来检测和稳定发光二极管发光的强度。

PD2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LED和PD1关系确定，隔离转换电路的输入部分就稳定。

又因为PD1与PD2严格成比例，则可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，PD1和PD2安装位置的精确性及两者严格比例关系、负反馈电路的应用以及元件先进的封装设计保证了HCNR200的高线性度和传输增益的高稳定性。

复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路--线性光耦
HCNR200的应用
邓醉杰;叶丽花;黄守道;周健
【期刊名称】《防爆电机》
【年(卷),期】2006(041)002
【摘要】本文设计了复合励磁永磁同步发电机端电压采样隔离电路,简要介绍了新型线性光耦器件HCNR200的工作原理,也给出了隔离电路的硬件电路图、参数计算公式及其注意事项.通过实验证明该电路正确实用.
【总页数】3页(P36-38)
【作者】邓醉杰;叶丽花;黄守道;周健
【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM313
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这是一个隔离电路，我没学过模电，看不懂，谁能帮我讲一下？前面那个放大器是积分放大器吗？它的公式应该是什么样的呢？模块电源《常见故障分析》免费下载！——广州金升阳科技有限公司最新高效ADI仿真器限时抢购开始帖子: 236积分: 2679专家等级:蓝色日出发表于2008-7-16 15:30 | 只看该作者回复引用返回版面TOP得分：02楼：看什么书能了解运放和电路什么的？或者告诉我看什么书能了解运放和电路什么的？我正在看模电，看不懂，比如“差模电压”、“相”、"差模输入电阻"、“共模抑制比”、“上限截止频率”等等这些基础的名词我都不懂。

应该看什么书呢？帖子: 8153积分: awey发表于 2008-7-16 16:31 | 只看该作者回复引用返回版面TOP得分：03楼：47567专家等级:电路原理分析：Vin大于0V时，通过R1使A1的“－”端高于0V，A1输出变低，D1发光，D2接收到D1的光产生光电流，使A1的“－”端电压下降。

这是一个闭环的负反馈电路，因A1的增益非常高，其结果是使得A1的“－”端电压接近0V，流过D2的电流为Vin/R1。

D3与D2在同一个环境内，其接收的光都是D1发出的，D3的光电流与D2的相同，等于Vin/R1，运放A2是一个电流电压转换电路，输出电压为：Vout＝I2*R2＝(Vin/R1)*R2即：Vout＝R2/R1 ×Vin帖子: 236积分: 2679专家等级: 蓝色日出发表于 2008-7-16 16:48 | 只看该作者回复引用返回版面TOP得分：04楼：awey：非常感谢你了！！！说的这么详细！真的是太感谢你了！。

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。

线性光偶HCNR200的原理与电路设计孙鹏在电气测量、测试以及控制中，常常需要对高电压、强电流等模拟量进行采集。

如果模拟量（高压、强电流）与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁，因而必须对两种信号进行隔离。

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。

但是，一般的光偶器件都是面向数字信号的，具有开、关二值性，对于模拟信号的隔离，需要使用线形光耦。

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，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。

HCNR200是Agilent 公司生产的一款线性光耦，它可以较好的实现模拟量与数字量之间隔离，隔离电压峰值达8000伏，输出跟随输入变化，线性度达0.01％。

1、HCNR200/201简介线性光耦HCNR200的内部结构如图 1所示。

它由发光二极管D1（1、2引脚）、反馈光电二极管D2（3、4引脚）、输出光电二极管D3（5、6引脚）组成。

1、2引脚之间的电流记作I F ，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作I PD1和I PD2。

当有I F 流过时，D1发出红外光(伺服光通量 )。

该光分别照射在D2、D3上，产生控制电流I PD1和输出电流I PD2。

D1两端的输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流I F 上，I PD1和I PD2基本与I F 成线性关系，线性系数分别记为K1和K2,即：FPD F PD I I K I I K 2211,== 对于HCNR200，K 1与K 2为0.005，并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.0025到0.0075之间），但芯片的设计使得K 1和K 2相等。

在实际应用中，人们真正关心的是线性光偶电路的传输增益：K 3=K 2/K 1，对于HCNR200，K 3的典型值为1。