線性光電隔離電路的設(shè)計(jì)

摘要：光電隔離是數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)抗干擾的一項(xiàng)重要措施，由于光電耦合器件的非線性，對(duì)模擬量的光電隔離會(huì)帶來(lái)較大信號(hào)失真。為了提高光電隔離電路的線性度，采用負(fù)反饋方法把光耦器件的輸出電流反饋輸入端。進(jìn)行光電隔離電路的靜態(tài)特性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)輸入信號(hào)在0～5 V時(shí)，光電隔離電路的輸出失真最大為27 mV，線性度為0．014％。
關(guān)鍵詞：光電隔離；模擬信號(hào)；線性度；負(fù)反饋；靜態(tài)特性

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)的采集過(guò)程中，抗干擾是首先要解決的問(wèn)題。如果不經(jīng)隔離，各種電磁干擾信號(hào)就會(huì)和被測(cè)信號(hào)一起進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)。干擾信號(hào)疊加在被測(cè)信號(hào)上，一方面降低了測(cè)量的準(zhǔn)確度；另一方面，尖峰電磁脈沖將會(huì)給后級(jí)電路系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的破壞。所以，模擬信號(hào)必須和后級(jí)的采集電路在電氣上完全隔離。光電耦合器件利用光電轉(zhuǎn)換，使用光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，性能良好，被非常廣泛的應(yīng)用在數(shù)傳和采集系統(tǒng)信號(hào)隔離中。但是光電耦合器件由于發(fā)光二級(jí)管和光敏三極管的伏安特性，非線性失真非常嚴(yán)重，一般僅僅應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)的隔離中，對(duì)于模擬信號(hào)，不能直接使用光電耦合器件來(lái)進(jìn)行隔離。對(duì)于數(shù)字光耦，可以使用反饋改善其輸入輸出的線性度，從而使用數(shù)字光耦得到模擬光電隔離電路。在此使用數(shù)字光耦TLP521-2和集成運(yùn)放LM2904設(shè)計(jì)了深度負(fù)反饋電路，大大提高了光耦的線性度。試驗(yàn)表明：使用用數(shù)字光耦，經(jīng)過(guò)負(fù)反饋電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)隔離。

1 數(shù)字光耦TLP521-2
TLP521-2是東芝公司的數(shù)字光耦器件，該芯片內(nèi)部封裝了兩路獨(dú)立的光耦，每一路光耦由一個(gè)發(fā)光二級(jí)管和一個(gè)光敏三極管組成。耦合原理：當(dāng)給發(fā)光二級(jí)管加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光，光線照射在光敏三極管的感光面上；如果同時(shí)給三極管的CE級(jí)加正向電壓，則三極管的CE級(jí)產(chǎn)生集電極電流輸出。TLP521-2內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管較排列如圖1所示。

由于二極管和三極管的伏安特性，光敏三極管集電極電流Ic和發(fā)光二極管正向電壓Vf不是線性的，曲線圖如圖2所示。