應(yīng)用于隔離放大器的LOC11X線性光耦合器

　　圖2是LOC11X光耦合器在光電導(dǎo)模式下工作的典型電路，該電路被配置成光電三極管的集電極與基極反向偏壓，這是LOC11X光耦合器在光電導(dǎo)模式下運(yùn)作的典型接法。

　　當(dāng)輸入電壓VIN在0V且IF為0mA時(shí)，U1有一個(gè)大的開(kāi)環(huán)增益值，而隨著VIN值的升高，U1的輸出值開(kāi)始進(jìn)入VCC1的軌跡上，隨著U1輸出的增大，IF開(kāi)始有電流值，發(fā)光二極管也進(jìn)入工作狀態(tài)。接著，光電三極管受到發(fā)光二極管所發(fā)出光的照射而導(dǎo)通并產(chǎn)生電流I1，當(dāng)I1流經(jīng)R1時(shí)，將在U1的反相端產(chǎn)生電壓VA，從而使得放大器進(jìn)入負(fù)反饋工作狀態(tài)。當(dāng)VA的值與VIN相等時(shí)，IF的值便不再增加，而且電路將穩(wěn)定在閉環(huán)狀態(tài)。假如VIN被改變，VA將會(huì)跟隨VIN變化，發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光同樣也照射在輸出光電三極管上，并可產(chǎn)生一輸出電流。這一電流與發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光及流過(guò)的電流成正比，且該電流立刻反映在I1上，從而使放大器的輸出電壓為I2 R2。

　　當(dāng)放大器所應(yīng)用的帶寬達(dá)200kHz時(shí)，必須使用光電導(dǎo)模式。在此模式下，該電路的線性特性及漂移特性與有±1位元線性誤差的8位元D/A變流器(Converter)相類似。光電導(dǎo)模式所以有如此高的頻寬，原因之一是輸出光電三極管的基極和集電極間的結(jié)面在反向偏壓時(shí)比在順向偏壓及無(wú)偏壓時(shí)具有更寬的耗盡區(qū)，而較寬的耗盡區(qū)會(huì)造成較低的結(jié)面電容，因而有著較快的反應(yīng)時(shí)間常數(shù)。隨著反向偏壓的增加，結(jié)面的耗盡區(qū)會(huì)變得越來(lái)越寬，從而使其生成的結(jié)面電容更小。

　　2.2光電壓模式

　　在光電壓模式下，使用LOC11X光耦合器可達(dá)到最佳的線性度、最低的干擾及漂移性能。在這種模式下，電路線性度可以達(dá)到12位元，然而，這卻是以40kHz的較小帶寬為代價(jià)的，圖3為典型的光電壓模式隔離放大電路。

　　在光電壓模式下，LOC11X光耦合器中光電三極管的作用類似一個(gè)電壓發(fā)生器。此時(shí)所有的光電器件都呈現(xiàn)出一些電壓線性相關(guān)的特性，在光電三極管上，維持0V偏壓可解決這一問(wèn)題，同時(shí)可改善其線性度。假如一個(gè)小電阻被連接在光電三極管的兩個(gè)端點(diǎn)上，其輸出電流與發(fā)光二極管的電流將成線性關(guān)系。為達(dá)到這一目的，可將LOC11X中的一個(gè)光電三極管連接到運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，這樣，隨著VIN的增加，流經(jīng)發(fā)光二極管的電流也會(huì)增加，所產(chǎn)生的光也增加，同時(shí)，發(fā)光二極管光源的光打在伺服光電三極管上，將產(chǎn)生一個(gè)起始電流I1。由于此電流是由運(yùn)算放大器的反相輸入端流至光電三極管的，因而與VIN成線性關(guān)系，即I1=VIN/R1，這樣就可使運(yùn)算放大器反相輸入端的電壓維持在0V。

　　由于發(fā)光二極管產(chǎn)生的光也照在輸出端的光電三極管上而產(chǎn)生光電流I2，該電流會(huì)首先從運(yùn)算放大器的反相輸入端流出，緊接著由輸出端流入一股電流逐漸取代由運(yùn)算放大器反相端流出的電流I2，同時(shí)運(yùn)放輸出端點(diǎn)的電壓將逐漸升高以產(chǎn)生輸出電壓。

　　光電壓模式下的光電三極管與光電導(dǎo)模式下的接法不同，由于光電壓模式下有一個(gè)外加電源加在集電極上。如果沒(méi)有外部電源接在光電三極管上，那么，將沒(méi)有暗電流的存在。

　　3 具體應(yīng)用

　　3.1 使用LOC11X光耦合器時(shí)的設(shè)計(jì)原則

　　在使用LOC11X進(jìn)行隔離放大時(shí)，通常應(yīng)遵守如下原則：

　　(1)在200kHz的帶寬應(yīng)用時(shí)，當(dāng)線性度與±1LSB(Least Significant Bit)線性誤差的8位D/A轉(zhuǎn)換器相同時(shí)，應(yīng)使用光電導(dǎo)模式。

　　(2)在40kHz的帶寬應(yīng)用時(shí)，其線性度要求與±1 LSB線性誤差(0.01%)的12～13位D/A轉(zhuǎn)換器相當(dāng)時(shí)，可使用光電壓模式。

　　(3)為維持最佳線性度，同時(shí)為了使總諧波失真(Total Harmonic Distortion;THD)降至最小，可以使用三極管作為緩沖來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。

　　(4)要求高電阻值(>30kΩ)時(shí)，可在運(yùn)算放大器的輸出端與反相輸入端之間加一個(gè)100pF的電容(見(jiàn)圖2)，以防止振蕩。

　　(5)與LOC11X光耦合器一起應(yīng)用的運(yùn)算放大器型號(hào)主要有LMC6484、LM201、LM358和LM1558等。