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由光耦组成的模拟信号放大电路的设计

作者:时间:2009-12-11来源:网络收藏

O 引言
是一种可把电转换成为光,然后又将光恢复为电信号的半导体器件,它属于一种电――光――电转换器件。其基本结构是将光发射器和光敏接收器装在同一密闭的壳体内,彼此间用透明绝缘体。常见的光发射器为红外发光二极管,其引脚作为输入端,用晶体管图示仪可观察到其特性曲线与一般二极管相似。光敏接收器为光敏二极管或光敏三极管,其引脚作为输出端。当电信号送入的输入端时,发光二极管通过而发光,其发光的强弱与信号成正比,亦即与流过二极管的正向的大小成正比,输出端的光敏三极管受到光照后CE导通。而当输入端无信号时,发光二极管不亮,光敏三极管截止,CE不通。从而实现了光电的传输和转换。
随着各类电气设备控制的日益复杂,各功能之间的干扰不可避免。而的输入端和输出端之间由于通过光信号来传输,因而两部分之间在电气上是完全的,因而没有电信号的反馈和干扰,故其性能稳定,抗干扰能力很强。一般情况下,电路间数字信号的传输,都可以使用光电耦合器进行彻底。但在传输信号时,由于光电耦合器的线性工作范围较窄,非线性失真较大,而传统的调制解调电路和非线性补偿电路又复杂而庞大。因此,笔者了一种精度较高、电路简单,并由光电耦合器的反馈式对称温度补偿的信号电路,通过该电路可以较好地完成信号的隔离传输。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/181150.htm

1 传输特性分析
本文介绍的反馈式对称温度补偿信号电路如图1所示。该电路中的电源电压为5V,在电阻R3为1 kΩ的情况下,对光电耦合器4N25的在线测试数据如表1所列,4N25的传输特性如下:

(1)当输入电流I1为0时,输出电流I2为0,表明发光二极管不发光,光电三极管无光照而截止;
(2)当输入电流I1为O.5 mA时,输出电流I2为0.22 mA,此时Il>I2,表明发光二极管已开始发光,光电三极管有弱光照而脱离截止区。
(3)当输入电流I1在1~4 mA时,输出电流I2为0.7~4.19 mA,I1I2,表明在此范围内,I2随I1成线性变化。
(4)当输入电流I1为4.5mA时,输出电流I2为4.4 mA,I2>I1,表明I2随I1增大到一定程度时,已不能继续成线性变化。此后,电流传输比下降,光电耦合器开始进入饱和状态。
根据以上分析,可以看出,I1的大小决定电路的工作状态。I1过大或过小,电路均工作在非线性区,只有在一定的范围内,4N25才工作在线性区。

2 工作原理
图1中的2个光电耦合器ICl和IC2都选用的是4N25,其中ICl和R4输出级,用于隔离传输信号。IC2和R2模仿输出形式,可用于产生反馈比较信号,并可自动调整不同电流转换效率时发光二极管的工作电流,保证光电耦合器可靠地工作在线性状态,提高电路的线性度。由于两个光电耦合器的发光二极管是串接在一起的,ICl和IC2的工作状态完全对称,公用同一激励电流I1。且两者的发射极电位,即两个光敏三极管的集电极电流分别在R2和R4上所产生的压降对称,受输入信号Ui线性控制,故可实现模拟信号的隔离和传输。

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