线性光耦隔离检测电压电路

一、实验目的1. 熟悉线性光耦的结构、工作原理和特性；2. 掌握线性光耦的测试方法，包括光耦合效率、传输速率、频率响应等；3. 分析线性光耦在实际应用中的优缺点，为后续相关设计提供参考。

二、实验原理线性光耦（Optical Coupler）是一种利用光信号进行传输的器件，它将输入的电气信号转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换为电气信号。

线性光耦具有隔离、抗干扰、传输速度快、传输距离远等优点。

线性光耦主要由光源、光电探测器、光学耦合器、驱动电路和接收电路等组成。

其中，光源将电气信号转换为光信号，光电探测器将光信号转换为电气信号，光学耦合器用于光信号的传输。

三、实验仪器与材料1. 线性光耦实验装置；2. 光源；3. 光电探测器；4. 光纤；5. 测试仪；6. 电源；7. 接地线。

四、实验步骤1. 搭建实验电路，将光源、光电探测器、光纤、测试仪、电源和接地线连接好；2. 将光源的输出端连接到测试仪的输入端，调整光源的输出功率；3. 将光电探测器的输出端连接到测试仪的输入端，调整测试仪的增益；4. 测试光耦合效率，记录数据；5. 测试传输速率，记录数据；6. 测试频率响应，记录数据；7. 分析实验数据，得出结论。

五、实验数据与分析1. 光耦合效率光耦合效率是指输入端电气信号功率与输出端光信号功率的比值。

实验中，将光源的输出功率设为1mW，测试仪的输入端光功率为0.8mW，则光耦合效率为0.8mW/1mW=0.8。

2. 传输速率传输速率是指单位时间内传输的数据量。

实验中，测试仪的输入端光信号频率为10MHz，输出端光信号频率为9.5MHz，则传输速率为9.5MHz。

3. 频率响应频率响应是指线性光耦对不同频率信号的传输能力。

实验中，测试仪的输入端光信号频率从10MHz逐渐增加到100MHz，输出端光信号频率从9.5MHz逐渐增加到95MHz，频率响应较好。

六、实验结论1. 线性光耦具有光耦合效率高、传输速率快、频率响应好等优点；2. 实验结果表明，线性光耦在实际应用中具有良好的性能，可满足通信、测控等领域的要求；3. 在后续设计过程中，可根据实际需求选择合适的线性光耦器件。

普通光耦的线性应用光耦（optocoupler）是一种采用光学原理的隔离器，是电的有效的隔离工具，它可以实现电信号的隔离，也可以实现电压和电流的隔离，从而保护电路元件和系统，起到非常重要的作用。

由于光耦的发展，普通光耦利用已被广泛应用于各种电子设备中，并发挥着重要作用。

一般来说，普通光耦由发射器和接收器两部分组成，发射器由二极管、发光二极管等组成，而接收器由受光二极管或光电二极管组成。

当发射器受到电信号控制时，发射器会发出脉冲光，经过光管辐射到接收器，然后接收器会发射出相应的电信号。

借助普通光耦，我们可以轻易地向电子设备中添加一种电的有效的隔离工具，从而改善设备的性能与稳定性。

普通光耦的线性应用主要有以下几种：首先，普通光耦可以使用作为电路间的隔离介质，从而实现电信号的有效隔离。

在实际应用中，我们可以将普通光耦安装在电路中，以独立的形式将相邻的电路连接起来，从而实现电路的隔离和保护。

其次，普通光耦也可以应用于检测电路在高低电平之间的转变，实现良好的信号检测效果。

在信号检测技术的应用中，普通光耦可以检测到信号的起始点、终止点、脉冲宽度和波形峰值等，这类技术在高精度仪器控制、机器联动、自动设备以及系统参数调节等应用中有着十分重要的作用。

同时，普通光耦也可以应用于信号稳定输出，以及不同电路的电压转换等方面，它可以稳定输出准确的信号，消除因噪声而造成的误差，有效的保护电路的稳定性。

同时，普通光耦也可以实现不同电路间的电压转换，可以有效地提高电子系统的性能，使其具备更好的可靠性。

此外，普通光耦也可以应用于模拟信号和数字信号的转换，普通光耦通过控制输入信号，可以将模拟信号转换成数字信号，并且可以有效抑制信号中的噪声，从而实现对模拟信号更准确的检测。

综上所述，普通光耦可以应用于电路隔离、信号检测、信号稳定输出以及模拟信号和数字信号的转换等方面，它具有良好的隔离性、高精确度、低噪声、高稳定性等特点，在电子设备中得到了广泛应用，发挥着重要作用。

基于线性光耦HCNR200的电流检测电路设计与实现浙江大学生仪学院生物医学工程 **** 学号******[摘要]本文主要介绍了惠普公司的高线性度模拟光耦HCNR200的基本结构及工作原理。

利用该器件设计了一种模拟信号隔离来对医疗设备中电流检测的硬件电路，较好地解决了设备中高电压、强电流很容易串入低压器件会将其烧毁的问题。

线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离，隔离电压峰值达8000V；输出跟随输入变化，线性度达0.01％。

在高稳定性、高线性度的模拟信号隔离的场合具有广泛的应用前景。

[关键词]线性光耦HCNR200 模拟隔离电流检测1 引言在自动化检测系统、计算机数据采集系统、医疗设备控制系统等诸多工业测量中，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。

在信号采集的过程中，各种干扰信号都会随着被测量信号进入数字控制系统，这些信号迭加在有用的被测信号上会使测量的准确度降低，造成控制系统的不稳定。

为了实现电平线性转换以及不把现场的电噪声干扰引入到数字控制系统中来，必须将被测电路和控制电路在电气上实现隔离，光电隔离法和隔离放大器法是两种常用的模拟信号隔离方法。

隔离放大器内部集成有高性能的输入输出放大器、调制解调器、信号耦合变压器等单元器件，通常采用磁耦合方法使放大器的输出和输入之间没有电气联系，从而隔离了干扰源，抑制了干扰信号，完成对信号的放大。

隔离放大器具有完全浮动的输入端和独立隔离的输出端，并有良好的线性度和稳定性，还有较高的隔离电压和共模抑制比。

但是隔离放大器对于支流信号却不适用，价格比较高，只适用于要求较高的场合。

光电隔离是常用且方便有效的隔离方法，它是通过光电之间的相互转换，并利用光作为媒介进行信号传输，在电气上使测量系统与现场信号完全隔离。

线性光耦隔离原理
光耦隔离技术是一种利用光电效应将输入和输出电路隔离开来的方法。

其中，线性光耦隔离原理基于发光二极管和光电二极管之间的光束传输。

在线性光耦隔离器中，输入端的信号通过电流转换成光信号。

发光二极管接收到电流后，将电流转换成等量的光能量，并将光信号传输到隔离区域。

隔离区域是通过光束传输的介质（一般是空气或光纤）来完成的。

光束经过隔离区域后，被光电二极管接收，并将光能量转换回电信号。

这个电信号将成为输出端的信号，与输入端的信号相对应。

通过光束的传输，线性光耦隔离器实现了输入和输出电路之间的电隔离。

这种隔离技术可以避免输入信号对输出信号产生干扰，并且可以保护输出端的电路免受输入端的高电压或高电流影响。

此外，光信号的传输还能够提供高速和宽带的传输性能，使得线性光耦隔离器在工业和通信领域得到广泛应用。

总之，线性光耦隔离器通过利用光电效应将电能转换成光能并进行传输，实现了输入和输出电路的隔离。

这种隔离技术具有抗干扰能力强、高速传输等优点，并且在多个领域中都有重要的应用价值。

光耦反馈电路讲解光耦反馈电路是一种常见的电子电路，常用于电压放大和电流放大等应用中。

它的基本结构是由光耦和反馈电路组成，光耦负责将输入信号转化为光信号，然后通过光电转换将光信号转换为电信号，最后通过反馈电路将输出信号与输入信号进行比较，并产生反馈信号，从而实现电路的稳定和准确放大。

在光耦反馈电路中，最常用的光耦元件是光电二极管。

光电二极管是由发光二极管和光敏二极管组成的双向器件，发光二极管将电信号转换为光信号，而光敏二极管将光信号转换为电信号。

光电二极管具有高速响应和大动态范围的特点，因此在光耦反馈电路中被广泛应用。

光耦反馈电路中的反馈电路通常使用运算放大器进行实现。

运算放大器是一种具有高输入阻抗和差分放大特性的放大器，它能够将输入信号放大并输出给反馈电路进行比较。

常见的反馈电路包括电压反馈和电流反馈两种。

电压反馈是指将输出信号通过反馈电路与输入信号进行比较，并将比较结果送回运算放大器的输入端进行调节。

电流反馈是指将输出信号通过反馈电路转换为电流信号，并与输入信号进行比较，然后通过调节电流的方式来实现反馈。

电压反馈和电流反馈的选择取决于具体的应用需求。

无论是电压反馈还是电流反馈，光耦反馈电路都能够实现输入信号的准确放大，并在一定程度上提高电路的稳定性和输出信号的线性度。

这是因为光耦反馈电路能够实现输入信号与输出信号的隔离，避免了输入信号对输出信号产生的负面影响。

光耦反馈电路的应用非常广泛，常见于电力电子、音频放大器、光电子仪器等领域。

在电力电子中，光耦反馈电路常用于信号的隔离和保护，能够有效地防止控制信号干扰和高压干扰的传递。

在音频放大器中，光耦反馈电路能够实现高质量的音频信号放大，并提供较低的失真和噪声。

在光电子仪器中，光耦反馈电路能够实现对光信号的准确测量和控制，提高仪器的稳定性和精确度。

总结来说，光耦反馈电路是一种常用的电子电路，通过光耦和反馈电路的组合实现输入信号的准确放大和电路的稳定性。

基础分享HCNR200光耦合器典型电路分析
在昨天的文章中，我们结合光耦合器HCNR200的基本结构，为大家简
要分析了一下这种线性光耦的工作原理。

作为一种比较常见的线性光耦合器，HCNR200在很多电路的设计中都得到了应用，因此，今天我们将会结合这一线性光耦的实际电路应用情况，来分析一下该种型号的光耦在实际应用过程中的工作运行情况。

下图所示为用HCNR200实现一个简单隔离放大器的基
本应用电路。

 HCNR200光耦合器应用电路图
 通过对上图所提供的HCNR200线性光耦合器应用电路进行分析，我们可
以看到，在该种隔离放大器的应用电路中，运算放大器Al构成负反馈放大电路，PDl接在A1的输入端，完成对LED输出光信号的检测，并自动调整通过LED的电流，以补偿LED光强随温度变化引起的非线性，因此该反馈放
大器主要用于稳定LED的光输出并使其线性化。

运算放大器A2构成电流电压转换电路A2和及R2将IPD2转换为电压输出。

电阻R3为LED的限流电阻，C1、C2为起反馈作用，用于改善电路的高频特性，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。

设IED两端的电压为VLED，A1输出端电压为Vo1，根据运放“虚短”和“虚断”特性，可以得出公式：
 由上文中所提供的公式我们可以看到，IPD1仅仅决定于Vin以及R1的值，与LED的输出光强特性无关。

该隔离放大器电路的Vout与Vin也成线性关。

光耦使用技巧光电耦合器(简称光耦)，是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内，中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。

光电耦合器可根据不同要求，由不同种类的发光元件和光敏元件组合成许多系列的光电耦合器。

目前应用最广的是发光二极管和光敏三极管组合成的光电耦合器，其内部结构如图1 a所示。

光耦以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递，输入与输出在电气上完全隔离，具有抗干扰性能强的特点。

对于既包括弱电控制部分，又包括强电控制部分的工业应用测控系统，采用光耦隔离可以很好地实现弱电和强电的隔离，达到抗干扰目的。

但是，使用光耦隔离需要考虑以下几个问题：①光耦直接用于隔离传输模拟量时，要考虑光耦的非线性问题；②光耦隔离传输数字量时，要考虑光耦的响应速度问题；③如果输出有功率要求的话，还得考虑光耦的功率接口设计问题。

1 光电耦合器非线性的克服光电耦合器的输入端是发光二极管，因此，它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来表示，如图1b所示；输出端是光敏三极管，因此光敏三极管的伏安特性就是它的输出特性，如图1c所示。

由图可见，光电耦合器存在着非线性工作区域，直接用来传输模拟量时精度较差。

图1 光电耦合器结构及输入、输出特性解决方法之一，利用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器，T1和T2，以及2个射极跟随器A1和A2组成，如图2所示。

如果T1和T2是同型号同批次的光电耦合器，可以认为他们的非线性传输特性是完全一致的，即K1(I1)=K2 (I1)，则放大器的电压增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R 2。

由此可见，利用T1和T2电流传输特性的对称性，利用反馈原理，可以很好的补偿他们原来的非线性。

图2 光电耦合线性电路另一种模拟量传输的解决方法，就是采用VFC(电压频率转换)方式，如图3所示。

现场变送器输出模拟量信号(假设电压信号)，电压频率转换器将变送器送来的电压信号转换成脉冲序列，通过光耦隔离后送出。

光耦隔离(驱动)电路-v1.0..光耦隔离（驱动）电路（V1.0）一、本文件的内容及适用范围本文详细分析了非线性光耦的结构、重要参数，并以此为依据讲解了光耦的应用设计原则及隔离（驱动）电路的设计步骤与方法，最后对单片集成数字隔离器做了简单介绍。

适用于作为艾诺公司开发工程师新项目硬件开发过程、产品设计修改过程、产品问题分析过程、工程师培训的指导性模块与参考文件。

本文中的“光耦”指非线性光耦。

本文中的过程与方法不能完全应用于线性光耦。

二、光耦光电耦合器optical coupler/optocoupler,简称光耦。

是设计上输入与输出之间用来电气隔离并消除干扰的器件。

因线性光耦特有其特点及设计方法，本文在此仅单独讨论在公司产品上广泛应用非线性光耦。

2.1 光耦在公司仪表上的主要应用根据光耦的类型在公司仪表上主要有以下几个方面的应用：1、数字信号隔离：非线性光耦，如6N137对高速数字信号如SPI、UART等接口的隔离。

2、模拟信号隔离传递：线性光耦。

隔离&驱动：普通输出型，如TLP521对IO信号的隔离；达林顿输出型主要用于需要大驱动电流的场合，如继电器的驱动和隔离。

2.2 公司主要应用的主要非线性光耦类别、型号及参数特点主要类别：1、通用型：TLP521、PC817等。

2、数字逻辑输出型（高速、带输出控制脚）：6N137及其变种HCPL06系列等。

3、达林顿输出型：4N30、4N33等。

4、推挽输出型（MOS、IGBT驱动专用）：TLP250、HCPL316等艾诺公司截止到2010年12月常用光耦型号统计及分类见表格《艾诺光耦201012.XLS》。

2.4 光耦基础知识1、光耦结构及原理示意光耦的主要构成部分：LED（电->光）、光电管（光->电）、电流放大（Hfe）部分。

Topr ,operating temmprature工作温度：器件正常工作所允许的温度范围。

是指环境温度。