线性光耦4-20mAdriver
设计DA，主要有以下方案：
1.XTR115
此方案的特点：
z外接元件少，器件由被驱动的电路电源供电，供电范围大，还能够提供一个参考电源和一个供电电源（3.7mA供电能力）；
z如果将ontop 的8AI模块改造一下，将aduc812的两个DA直接作为XTR115的Vin, 从图上可以看出，Vin-应该接aduc812的地，而相对Vloop的地来说，Vin-是浮动的，随负载的大小，驱动电流的大小而变化。
z如果aduc直接由xtr115供电，一是怕供电能力不足，另一方面由于模块的i2c接口的地总是要与aduc的地接在一起的，所以还是存在整个模块组的对Vloop地的电位不断变化；
z如果aduc的两路da都用上，分别接两个xtr115，aduc的地电位如何接？两个xtr115的Vin-的地电位都是浮动的，还不同！
z同样的道理，即使一个aduc只用其一路da, 那多个ontop DA模块组成模块组还是有通过i2c将不同的Vin-共地的问题
z综上所述xtr115适于作为传感器的驱动，不适由作为da的驱动，当然如果i2c、或aduc隔离后与之接还是很好的。在pwm方案中，脉冲经光电隔离后，给xtr115是一种较好的方案。
2.Aduc的DA直接经OP后变成0-20mA或4-20mA,d原理图如下：
图20是current source电路，图21是current sink。 current source可以为被驱动电路提供一个对地的电流，对测量、或驱动阀门来说，有时是必须的选择；
图20的特点是：
z负载由OP的电源供电。
z如果负载的地电位与OP地电位一样，为了保证Q1/Q2工作，负载的压降就要小于5V, 如果电流输出20mA, 负载必须<250欧姆，如果在负载端想用一个电阻将电流变成许多阀门驱动所需的0-10V将不可能；
z如果负载的地电位与OP地电位不一样（好象不可能），为了保证Q1/Q2工作，负载的地电位+负载电阻的压降（电阻＊电流）要小于5V, 如果出现某种情况，负载的地电位较高，上述电路也不能工作。
图21的特点是：
z负载由另外的电源供电，另外电源地必须与OP地连接一致。
z由于是OC输出，负载的允许压降只受负载供电压电压的限制，因此负载电阻可以很大；
z由于负载接在供电电源正极与三极管的C极，负载的两端对地电位是变化的，对测量（比如ONTOP AI 模块）来说，不好测量（想象一下，直接用同个模块上的AI测这个DA！，没法接吧）；有可能某些调节阀门要求负载的一端接地，这也是个问题（这还要研究一下）；
3.线性光耦
Essentially, amplifier A1 adjusts I F ,so that
I PD1 = V IN/R1.
The physical construction of the package determines the relative amounts of light that fall on the two photodiodes and, therefore, the ratio of the photodiode currents. This results in very stable operation over time and temperature. The photodiode current ratio can be expressed as a constant, K, where
K = I PD2/I PD1.
Amplifier A2 and resistor R2 form a trans-resistance amplifier that converts I PD2 back into a voltage, V OUT, where
V OUT = I PD2*R2.
Combining the above three equations yields an overall expression relating the output voltage to the input voltage,
V OUT/V IN = K*(R2/R1).
Therefore the relationship between V IN and V OUT is constant, linear, and independent of the light output characteristics of the LED. The gain of the basic isolation amplifier circuit can be adjusted simply by adjusting the ratio of R2 to R1. The parameter K (called K3 in the electrical specifications) can be thought of as the gain of the optocoupler and is specified in the data sheet.
As a final example of circuit design flexibility, the simplified schematics in Figure 15 illustrate how to implement 4-20 mA analog current-loop transmitter and receiver circuits using the HCNR200/201 optocoupler. An important feature of these circuits is that the loop side of the circuit is powered entirely by the loop current, eliminating the need for an isolated power supply.
The input and output circuits in Figure 15a are the same as the negative input and positive output circuits shown in Figures 13c and 13b, except for the addition of R3 and zener diode D1 on the input side of the circuit. D1 regulates
the supply voltage for the input amplifier, while R3 forms a current divider with R1 to scale the loop current down from 20 mA to an appropriate level for the input circuit (<50 μA).
As in the simpler circuits, the input amplifier adjusts the LED current so that both of its input terminals are at the same voltage. The loop current is then divided between R1 and R3. I PD1 is equal to the current in R1 and is given by the following equation:
I PD1 = I LOOP*R3/(R1+R3).
Combining the above equation with the equations used for Figure 12a yields an overall expression relating the output voltage to the loop current,
V OUT/I LOOP = K*(R2*R3)/(R1+R3).
Again, you can see that the relationship is constant, linear, and independent of the characteristics of the LED.
The 4-20 mA transmitter circuit in Figure 15b is a little different from the previous circuits, particularly the output circuit. The output circuit does not directly generate an output voltage which is sensed by R2, it instead uses Q1 to generate an output current which flows through R3. This output current generates a voltage across R3, which is then sensed by R2. An analysis similar to the one above yields the following expression relating output current to input voltage:
I LOOP/V IN = K*(R2+R3)/(R1*R3).
The preceding circuits were presented to illustrate the flexibility in designing analog isolation circuits using the
HCNR200/201. The next section presents several complete schematics to illustrate practical applications of the
HCNR200/201.
Figure 17, is designed to achieve the highest possible accuracy at a reasonable cost. The high accuracy and wide dynamic range of the circuit is achieved by using low-cost precision op-amps with very low input bias currents and offset voltages and is limited by the performance of the optocoupler.
The circuit is designed to operate with input and output voltages from 1 mV to 10 V.
The circuit operates in the same way as the others. The only major differences are the two compensation capacitors and additional LED drive circuitry.
In the highspeed circuit discussed above, the input and output circuits are stabilized by reducing the local loop gains of the input and output circuits. Because reducing the loop gains would decrease the accuracy of the circuit, two compensation capacitors, C1 and C2, are instead used to improve circuit stability. These capacitors also limit the bandwidth of the circuit to about 10 kHz and can be used to reduce the output noise of the circuit by reducing its bandwidth even further.
The additional LED drive circuitry (Q1 and R3 through R6) helps to maintain the accuracy and bandwidth of the circuit over the entire range of input voltages. Without these components, the transconductance of the LED driver would decrease at low input voltages and LED currents. This would reduce the loop gain of the input circuit, reducing circuit accuracy and bandwidth. D1 prevents excessive reverse voltage from being applied to the LED when the LED turns off completely.
No offset adjustment of the circuit is necessary; the gain can be adjusted to unity by simply adjusting the 50 kohm potentiometer that is part of R2. Any OP-97 type of op-amp can be used in the circuit, such as the LT1097 from Linear Technology or the AD705 from Analog Devices, both of which offer pA bias currents, μV offset voltages and are low cost.
The input terminals of the op-amps and the photodiodes are connected in the circuit using Kelvin connections to help ensure the accuracy of the circuit.
线性光耦隔离电路
线性光耦隔离电路 线性光耦隔离电路的设计 所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成，框图如图1所示。 因为光电耦合器有其特有的工作线性区，偏置输入是用来调节光电耦合器(1)的输入电流，使其工作在线性区。而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)的漂移和非线性。差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。 光耦隔离放大电路采用TLP521-2光电耦合器、LF356普通一路放大器和LF347普通四路放大器。TLP521-2光电耦合器是集成了图1中光电耦合器(1)和(2)，LF356主要用于信号输入前的信号处理，一方面保证光电耦合器工作在线性区，另一方面，对输入信号作简单的放大。LF347则组成差分放大电路。所以光耦隔离放大电路的结构图如图2所示。 线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。 图中，LF356为放大器(1)，中间两个光电耦合器由TLP521-2构成，后面四个放大器由LF347构成。
线性光耦隔离电路的工作原理 光电耦合器的工作特性 TLP521-2光电耦合器是由两个单独的光电耦合器组成。一般来讲，光电耦合器由一个发光二极管和一个光敏器件构成。发光二极管的发光亮度L与电流成正比，当电流增大到引起结温升高时，发光二极管呈饱和状态，不再在线性工作区。光电二极管的光电流与光照度的关系可用IL∝Eu表述。其中，E为光照度，u=1±0.05，因此，光电流基本上随照度而线性增大。但一般硅光电二极管的光电流是几十微安，对于光敏三极管，由于其放大系数与集电极电流大小有关，小电流时，放大系数小，所以光敏三极管在低照度时灵敏度低，而在照度高时，光电流又呈饱和趋势。达不到线性效果。 因为不同的光电耦合器有不同的工作线性区，所以，在试验过程中，应该首先找到光电耦合器的线性区。光电耦合器TLP521-2的电流线性区大约为1～10mA。 光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流的范围，偏置电路设计的好，可以使得输入电流在很大范围内变化时，光电耦合器依然工作在线性区。 差分放大电路工作原理 本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。图3中，两个光电耦合器的输出分别通过放大器(2)和(3)输入到放大器(4)的同相端和反相端，再差分放大到输出。放大器(5)主要是用来调零。其中，光电耦合器(2)的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器(1)的漂移以及非线性部分。一旦补偿奏效，电路的输出就只与光电耦合器(1)的输入有关。 线性光隔离电路在程控电压源中的应用 本电路所用输入电压是由PC机给定，该电压由程序控制，并且可调节。通过D/A转换，变成模拟信号后，送到光耦合隔离放大电路的输入端，由隔离放大电路隔离放大后从放大器(5)输出。同时在输出端找一个反馈点，同样通过隔离放大电路和A/D转换返回PC机，通过反馈调整程序，使输出更精确。 本实验所要求的PC机给定电压为0-5V，输出要求达到0-12V。 光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图4所示。 由于试验的目的是为了得到不受输入影响的精确模拟信号，电路首先要凋零，即在零输入状态下保证输出为零。调试步骤如下： 1.调节放大器(1)的反相端，使输入电压为零(即接地)。 2.为保证光电耦合器(1)工作在线性区，调节放大器(1)同相端的输入电压，使输出电压达到一个线性度较好的工作区。 3.调节光电耦合器(2)，使得两个耦合器的输入电流完全相同(因为其电流工作特l生)，从而使得输出电流也近似相同(因为电子 元器件本身的误差，不可能完全相同)。 4.调节放大器(2)和(3)的正相输入电压，使两者相等。这样，在放大器(4)的输出端可以得到一个接近零的输出(也不能完全为零)。 R12为放大倍数调节电阻。 5.调节R17使得放大器(5)输出端电压为零，即PR17为调零电阻。 6.根据所给输入电压Vin调节放大倍数，得到所需电压Vout。 通过试验及调试，得到一组线性度很好的数据。 调试中应注意的问题 1.电路中所有+Vcc均为+12V，-Vcc均为-12V，GND为地，但光电耦合器左右两边用两套电源，以避免信号干扰。 2.对单个放大器而言，在调试时，尽量让输出电压在12V以下。 3.光电耦合器的输入电流应在2～10mA为宜(这是光电耦合器的线性区，电流太大或太小都会偏离线性区)，本实验采用 6.17mA(0V输入时)。且当输入电压Vin从0～5V改变时，光电耦合器(1)的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化，这样可以尽可能 保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化。 4.电压放大过程实际由两部分组成，第一部分为放大器(1)，第二部分为后四个放大器组成的集成运放块。 结束语 研究结果表明，上述光耦隔离放大电路可用于多种模拟信号的隔离，尤其是隔离数字信号对模拟信号的干扰。它的优点主要体现在体积小、寿命长、价格便宜、输入与输出之间绝缘、单向传输信号，且工作频率可以高达上百千赫，可以用于频率要求较宽的电路设计。 它除了具有通常光电耦合器所特有的性能外，还具有输出线性度好、光漂移影响小等特点，因此可以用来消除测控系统的外部干扰，抑
线性光耦hcnr201资料
1-418 H High-Linearity Analog Optocouplers Technical Data HCNR200HCNR201 CAUTION: It is advised that normal static precautions be taken in handling and assembly of this component to prevent damage and /or degradation which may be induced by ESD. I F I PD1 I PD2 NC NC PD2 CATHODE PD2 ANODE LED CATHODE LED ANODE PD1 CATHODE PD1 ANODE Features ? Low Nonlinearity: 0.01%? K 3 (I PD2/I PD1) Transfer Gain HCNR200: ±15%HCNR201: ±5% ? Low Gain Temperature Coefficient: -65ppm/°C ? Wide Bandwidth – DC to >1 MHz ? Worldwide Safety Approval -UL 1577 Recognized (5 kV rms/1 min Rating)-CSA Approved -BSI Certified -VDE 0884 Approved V IORM = 1414 V peak (Option #050) ? Surface Mount Option Available (Option #300) ? 8-Pin DIP Package - 0.400"Spacing ? Allows Flexible Circuit Design ? Special Selection for HCNR201: Tighter K 1, K 3and Lower Nonlinearity Available Applications ? Low Cost Analog Isolation ? Telecom: Modem, PBX ? Industrial Process Control:Transducer Isolator Isolator for Thermocouples 4mA to 20 mA Loop Isolation ? SMPS Feedback Loop, SMPS Feedforward ? Monitor Motor Supply Voltage ? Medical Description The HCNR200/201 high-linearity analog optocoupler consists of a high-performance AlGaAs LED that illuminates two closely matched photodiodes. The input photodiode can be used to monitor, and therefore stabilize,the light output of the LED. As a result, the nonlinearity and drift characteristics of the LED can be virtually eliminated. The output photodiode produces a photocur-rent that is linearly related to the light output of the LED. The close matching of the photodiodes and advanced design of the package ensure the high linearity and stable gain characteristics of the optocoupler. The HCNR200/201 can be used to isolate analog signals in a wide variety of applications that require good stability, linearity,bandwidth and low cost. The HCNR200/201 is very flexible and, by appropriate design of the application circuit, is capable of operating in many different modes, including: unipolar/ bipolar, ac/dc and inverting/non-inverting. The HCNR200/201 is an excellent solution for many analog isolation problems. Schematic 5965-3577E
光耦隔离放大电路(二)讲解
中文摘要 本文主要通过光耦隔离放大电路，对光电耦合器4N25及放大电路和电压跟随器中的放大器件TL084的特性进行简要描述和分析。 光耦隔离放大电路主要由电压串联负反馈放大电路光电耦合器和电压跟随器三部分组成。其中光电耦合器是本次设计的关键。 光耦的工作原理包括：光的发射、光的接收及信号放大三个环节。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比，光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。 在放大电路中采用电压串联负反馈电路，对输入的信号进行比例放大输出，并且由于采用负反馈，这样就可以使电路具有较好的恒压输出特性。在整个电路的输出端与电压更随器连接，以进一步使电路达到良好稳压输出效果。 关键词隔离放大器光耦电压放大电路电压跟随器
目录 课程设计任务书................................................................................................错误!未定义书签。隔离放大电路的设计........................................................................................错误!未定义书签。模拟电子技术课程设计成绩评定表............................................................错误!未定义书签。中文摘要..................................................................................................................................... I 目录. (1) 1.设计任务描述 (2) 1.1 设计题目: (2) 1.2 设计要求： (2) 1.2.1 设计目的： (2) 1.2.2 基本要求： (2) 1.2.3发挥部分： (2) 2.设计思路 (3) 3.基本框架 (4) 4.模块细节及各部分电路设计及参数计算 (5) 4.1方波信号输入 (5) 4．2电源提供电流进入光耦图 (6) 4.2.1 光偶的一些参数 (6) 4.2.2分析 (9) 4.2.3放大电路的选择及计算 (9) 4.2.4 光耦简图 (11) 4.2.5 CTR的计算 (11) R的计算 (11) 4.3 4 4.4 电压跟随器的设计图 (12) 4.5 方波仿真信号输出 (12) 4.6.注意的问题 (13) 5.电路元件清单 (14) 6.主要元器件介绍 (15) 6.1光耦数据单 (15) 6.2 TLO84的数据单 (17) 7.小结 (19) 8.参考文献 (21) 9.附录 (22)
线性光耦原理与电路设计
可编辑 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。在后面可以看到,在合理的外围电路设计中,真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 . . 精品
线性光耦原理与电路设计,4-20mA模拟量隔离模块,PLC采集应用
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。在后面可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。
基于Multisim光耦隔离放大电路课程设计
沈阳工程学院 课程设计 设计题目：隔离放大电路 系别自动控制工程系班级测控本091 学生姓名庄国庆学号 2009308126 指导教师黄硕职称讲师 起止日期：2011年 5月 9日起——至 2011年 5月 13日止
沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：光耦隔离放大电路 系别自控系班级测控本091 学生姓名庄国庆学号 2009308126 指导教师黄硕职称讲师 课程设计进行地点： 任务下达时间： 2011年 5 月 9 日 起止日期：2011年 5月 9 日起——至 2011年 5 月 13日止教研室主任 2011 年月日批准
隔离放大电路的设计 1 设计主要内容及要求 1.1 设计目的： （1）掌握隔离放大电路的构成，原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择，使用方法。 1.2基本要求： （1）输入信号为方波，幅度1V，频率100Hz～40kHz； （2）采用适当的隔离设备不影响信号提供者; （3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下； （4）输出信号幅度不低于3V。 1.3发挥部分： <100μs； （1）t pd （2）幅度分段可调； （3）其他。 2 设计过程及论文的基本要求： 2.1 设计过程的基本要求 （1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向： （2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。 2.2 课程设计论文的基本要求 （1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。 3 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 2010.5.24 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分 2 2010.5.25 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 2010.5.26 检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分 4 2010.5.27 继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分 5 2010.5.28 答辩、写报告打分
线性光耦
线性光耦原理与电路设计(2007-04-03 11:51) 分类：工作日志 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
采用线性光耦技术的隔离式温度变送器
目录 摘要 (2) ABSTRACT (3) 简介 (4) 第一章总体设计 (5) 1.1引言 (5) 1.2隔离温度变送器电路的设计 (6) 1.3原理框图 (7) 第二章元件质料 (8) 2.1 PT100 (8) 2.2 线性光耦 (10) 2.3运算放大器 (15) 第三章温度变送器的硬件设计 (19) 3.1 信号采集电路 (19) 3.2 差动放大电路 (20) 3.3 电压变换电路 (21) 3.4 V/I变换 (21) 3.5电源部分 (22) 结论 (25) 参考文献 (26) 附件电路原理图 (27) 致谢 (28)
摘要 以铂电阻PT100 为例，设计了高准确度温度变送器。设计时，考虑了铂电阻的非线性问题，同时考虑了工业现场中参考电压波动、干扰等对温度测量的影响。定义了温敏系数概念，并以该系数作为设计的重要技术指标。实际应用表明，该变送器具有较高的测量准确度和较强的抗干扰能力 关键词：铂电阻器；变送器；非线性；干扰；温度测量；温敏系数
Abstract The high accuracy temperature transmitter is designed with Pt100 as example . In designing , non-linearity of platinum resistance is considered, and influence of reference voltage and interference to temperature measruement in industrial locale is also taken into account The concept of temperature sensitivity coefficient is definde .and made as the important desiganing specification Its application shows the transmitter features high measuring accruacy and high anti-interference. Key words: platinum resistor ;transmitter;nonlinearity; interference; temperature measurement; temperature sensitive coefficient
线性光耦HCNR200中文数据手册
3.3.3 HCNR200/201性能描述 HCNR200/201是一种高线性度模拟光电耦合器，如图3-7所示，它由一个AlGaAs 制作成的高性能发光二极管和两个结构相同的光电二极管组成。发光二极管具有稳定的光输出，可用来监控。两个光电二极管可以同时接收发光二极管输出的信号。HCNR200/201采用先进的封装形式，保证了光耦的高线性度和稳定的增益特性。 图 3-7 HCNR200封装图 HCNR200/201可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。HCNR200/201具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路，能够在许多不同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc和反向/正向。HCNR200/201很好的解决了许多模拟隔离问题。 HCNR200/201产品特点有非线性度高，数值为0.01%；HCNR200传递增益(IPD2 / IPD1?K3)为±15%，HCNR201的传递增益为±5%；增益温度系数为-65ppm /℃；带宽> 1兆赫；封装形式分为8引脚DIP和贴片两种；HCNR200/201允许灵活的电路设计。
图 3-8 HCNR200内部管脚图 HCNR200/201主要应用在低成本的模拟信号隔离、工业过程控制、电子反馈回路、监测电机电源电压、医疗等领域。其内部结构图如图3-8所示。 图3-8说明了HCNR200/201是一种高线性度的光耦。它由一个发光二极管(LED)和两个同种工艺的光电二极管组成。其中一个光电二极管(PD1)在隔离电路的输入部分，另一个光电二极管(PD2)构成隔离电路的输出部分。由于光耦的封装,使每一个光电二极管可从LED上接收大致相同数量的光线。 放大器与PD1组成的外部反馈电路可用来监控发光二极管（LED）发出的光，并且可以补充流过LED的电流起到对LED的调节作用。使得LED输出的光信号更加稳定，当PD2接收到光信号后，可以再通过另一个运算放大器把接收到的电流信号转化为电压信号。 图 3-9 HCNR200功能分析图 如图3-9所示，运用HCNR200/201光耦实现了一个简单的隔离放大电路。该电路由HCNR200/201高精度线性光耦和两个电阻组成，这个电路虽然简单，但是正常功能是非常有用的。如图3-10所示，是由该电路和几个电容元器件组成的实际隔离放大电路。 图 3-10 HCNR200功能分析图 从图3-9的输入部分电路我们不能明显的观察到隔离的效果。简而言之，集成运放A1可以调节流过LED的电流，PD1( I)可以维持集成运放输入端保持在0 V。例如， PD 1 提高输入电压，使得集成运放A1的同向输入端由负值接近0V，使得 I增大，由于 PD 1
光耦隔离电路(参考提供)
光耦电路设计 目录 简介： (2) 输入电路（原边） (2) 输出电路（副边） (6) 电流传输比： (7) 延时： (9)
简介： 外部信号可能是电压、电流或开关触点，直接接入电路可能会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等。因此在外部信号输入之前，须经过转换、保护、滤波、隔离等措施。对小功率信号处理时: 通常简单采用RC 积分滤波或再添加门电路；而在对大功率信号处理时：输入与内部电路电压或电源电压的压差较大，常常采用光电耦合器来隔离。 使用光耦设计隔离电路时，特别要注意电流传输比的降额，驱动电流关断和开通的大小，与延迟相关的负载大小及开关速率。在进行光耦输入电路设计时，是以光耦为中心的输入电路与输出电路（即原边与副边的电路），光耦的工作原理就是输入端输入信号V in ，光耦原边二极管发光使得光耦副边的光敏三极管导通，三极管导通形成回路产生相应信号（电压或者电流），这样就实现传递信号的目的。在进行光耦输出电路设计时，计算公式与输入部分相同，同时需关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小。以下针对光耦输入电路设计为例。 输入电路（原边）： 针对于光耦原边的电路设计，如图1 ， 就是设计发光二级管的驱动电路。因此须 首先要了解光耦的原边电流I F 和二极管的导通压降V F 等相关信息。根据必要的 信息来设计LED 驱动电路，和通常的数字输入电路一样，输入端需要添加限流电阻对二极管起保护作用。而这个电阻的阻值则是此处的关键，对于图1的限流电阻R 的阻值可以根据下面的公式计算： ……………………… ① 波。并且RC 电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动等 图1 LED 驱动电路
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。
光电隔离RS485典型电路
光电隔离RS485典型电路 一、RS485总线介绍 RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。 二、RS485总线典型电路介绍 RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。 我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示： 图1、典型485通信电路图（非隔离型） 当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个的上拉偏置电阻；在B线上加一个的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分
第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用的，这个我们会在后面进一步的讲解。 RS-485标准定义信号阈值的上下限为±200mV。即当A-B>200mV时，总线状态应表示为“1”；当A-B<-200mV时，总线状态应表示为“0”。但当A-B在±200mV之间时，则总线状态为不确定，所以我们会在A、B线上面设上、下拉电阻，以尽量避免这种不确定状态。 三、隔离型RS485总线典型电路介绍 在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于－7V时，接收器就再也无**常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。 解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过隔离器件将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径可分为： （1）传统方式：用光耦、带隔离的DC-DC、RS-485芯片构筑电路； （2）使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM2587E等。 传统光电隔离的典型电路：（如图2所示） 图2、光电隔离RS485典型电路
光耦隔离器的运用
开关电源中光耦隔离的几种典型接法对比 在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚) 电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差放大器初始输出电压为高。
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 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Agile nt公司的HCNR200/201 TI子公司TOAS勺TIL300，CLARE勺LOC111等。这里以HCNR200/20伪例介绍 2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/20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 K —―皿K—‘皿工 K1与K2 一般很小（HCNR20是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR20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。在后面可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3, 线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 HCNR200口HCNR20的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于HCNR200 HCNR20提供更高的线性度。 米用HCNR200/20进行隔离的一些指标如下所示： * 线性度：HCNR200 0.25%, HCNR201 0.05%; * 线性系数K3: HCNR200 15% HCNR201 5% *温度系数：-65ppm/oC; *隔离电压：1414V; *信号带宽：直流到大于1MHz 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HCNR200/20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。 3. 典型电路分析 Agile nt公司的HCNR200/20的手册上给出了多种实用电路，其中较为典型的一种如下图所示：
光耦pc817应用电路
光耦pc817应用电路 pc817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。 <光耦pc817应用电路图> 当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。 PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。
\ \当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。 PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。 光耦的测量： 用数字表测二极管的方法分别测试两边的两组引脚,其中仅且仅有一次导通的，红表笔接的为阳极，黑表笔接的为阴极(指针表相反)。且这两脚为低压端，也就是反馈信号引入端。 在正向测试低压端时，再用另一块万用表测试另外高压端两只脚，接通时，红表笔所接为C极，黑表笔接为E极。当断开低压端的表笔时，高压端的所接万用表读数应为无穷大。 同理：只要在反馈端加一定的电压，高压端就应能导通，反之，该器件应为损坏。光耦能否代用，主要看其CTR参数值是否接近。 测量的实质就是：就是分别去测发光二极管和3极管的好坏。 另外一种测量说法： 用两个万用表就可以测了。光电耦合器由发光二极管和受光三极管封装组
高速开关光耦隔离电路设计.(DOC)
设计任务描述 1.1设计题目：高速开关光耦隔离电路 1.2 设计要求 1.2.1设计目的： （1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法； （2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。 1.2.2基本要求： （1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz～40kHz； （2）采用高速光耦，信号延迟时间<100us; （3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下； （4）输出信号幅度0～6V，电流驱动力不低于1mA。 1.2.3发挥部分： （1）信号带宽升至10Mb/s； （2）幅度可调； （3）其他。 2 时间进度安排 顺序阶段日期计划完成内容备注 1 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分 2 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分 3 检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分 4 继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分 5 答辩、写报告打分
一设计任务描述 1.1 设计题目：高速开关光耦隔离电路 1.2 设计要求 1.2.1设计目的： （1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。 1.2.2基本要求： （1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz～40kHz；（2）采用高速光耦，信号延迟时间<100us; （3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下；（4）输出信号幅度0～6V，电流驱动力不低于1mA。1.2.3发挥部分： （1）信号带宽升至10Mb/s； （2）幅度可调； （3）其他
二设计思路 输入幅度为3V频率为500Hz的方波信号，首先通过电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，然后通过光耦起隔离反相放大的作用，再经过仪用放大器起反相放大的作用，最后经过同相放大器起同相放大的作用并输出幅度为6V频率为500Hz的方波信号。 第一个部分为电压跟随器。电压跟随器在电路中起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。 第二部分为光耦隔离电路。光电耦合器是一种将电信号转换成为光信号并进行传导，然后又将光信号转换为电信号进行输出。它属于一种电—光—电转换元件。这就完成了电—光—电的转换，从而起到将输入、输出隔离的作用。由于光耦的输入、输出互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好抗干扰能力且工作稳定、传输效率高。光耦在电路中起隔离反向放大的作用。