光耦线性化与线性光耦器件的应用

　摘　要：比较全面的介绍了光耦器件在模拟信号隔离测试中的应用，并且指出了保证测试精度需要采取的措施。
关键词：光耦；线性；反馈；模拟信号

1　引　言
在单片机测试系统的设计过程中，被测试对象信号的隔离对整个系统的正常工作具有重要作用。这里主要有两方面的考虑：
（1）保护被测试对象和测试电路，使其不会因为被测试对象或测试电路的故障而影响整个系统的工作。
（2）减小环境干扰对测试电路的影响。为保护后级设备、保证测量结果的有效性，测试电路与被测电路必须做到严格的电气隔离。
光电耦合器因其良好的性能和抗干扰能力而被广泛地应用于输入和输出信号的电气隔离。但是，在利用光电耦合器的线性耦合直接对模拟信号进行隔离传输时，由于光电耦合器内部发光二级管和光敏三级管的伏安特性，使得光电耦合器的“线性区”实际上比较小并且存在一定程度的非线性失真。由于光电耦合器件非线性的输入输出特性所限，一般来讲，光耦器件主要应用于数字信号的隔离，而较少用于模拟信号的隔离。
目前对于模拟电信号的隔离主要有2种方法：一种是采用诸如霍尔器件等特殊传感器，但其价格较贵；另一种是首先进行A／D转换或V／F转换，再用光耦进行隔离的方法，但处理过程较为复杂，并且不能使用单片机内置的A／D口。如果能够使用光耦器件完成对模拟信号的隔离，无疑是很有意义的。

2　普通光耦器件的线性化使用
光电耦合器由发光器和受光器2部分组成，发光器是一个发光二级管，受光器是一个光敏三级管，二者密封在同一管壳内。当受光器接受光照时，产生电流输出。由于电信号以光线为传输介质，因而实现了输入和输出信号在电气上的良好隔离。但是，在利用光电耦合器的线性耦合直接对模拟信号进行隔离传输时，由于光电耦合器内部发光二级管和光敏三级管的伏安特性，使得光电耦合器的“线性区”实际上存在一定程度的非线性失真。
可以设想，如果采取措施使光耦器件的非线性问题得以改善，那么利用光耦进行模拟信号的隔离是可能的。根据以上假设，我们想到控制理论中反馈控制的特点，其中很重要的一点就是引入负反馈可以改善系统的线性度。
基于此想法，设计了如图1所示的电路进行模拟量的隔离测量。
在本电路中，使用了2个普通光耦器件和2个运算放大器，2个光耦一个用于输出，一个用于反馈，反馈用来补偿发光二极管时间、温度特性的非线性。下面我们来分析一下电路的工作原理。

比较全面地介绍了光耦器件在模拟信号隔离测试中的应用，并且指出了保证测试精度需要采取的措施。