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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。芯片介绍与原理说明从上面可以看出,和普通光耦一样,线性光耦真正隔离的是电流,要想真正隔离电压,需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。下面对HCNR200/201的典型电路进行分析,对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。
通过R3两端的电流为IF,根据欧姆定律得:其中,为光耦2脚的电压,考虑到LED导通时的电压()基本不变,这里的作为常数对待。根据光耦的特性,即K1=IP1/IF(4)将和的表达式代入上式,可得:上式经变形可得到:将的表达式代入(3)式可得:考虑到G大,则可以做以下近似:这样,输出与输入电压的关系如下:可见,在上述电路中,输出和输入成正比,并且比例系数只由K3和R1、R2确定。一般选R1=R2,达到只隔离不放大的目的。
由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光;由于光电耦合器的外壳是密封的,它不受外部光的影响;光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω)、隔离电容很小(约几个pF)所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。
光耦合器的首要长处是:信号单向传输,输入端与输出端彻底完成了电气阻隔,输出信号对输入端无影响,抗搅扰才能强,作业安稳,无触点,运用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新式器材,现已广泛用于电气缘、电平转化、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号阻隔、级间阻隔、脉冲扩大电路、数字外表、远距离信号传输、脉冲扩大、固态继电器(SSR)、仪器外表、通讯设备及微机接口中。
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