光耦線性化與線性光耦器件的應(yīng)用

摘 要:比較全面的介紹了光耦器件在模擬信號隔離測試中的應(yīng)用,并且指出了保證測試精度需要采取的措施。

關(guān)鍵詞:光耦;線性;反饋;模擬信號

1 引 言

在單片機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計過程中,被測試對象信號的隔離對整個系統(tǒng)的正常工作具有重要作用。這里主要有兩方面的考慮:

(1)保護(hù)被測試對象和測試電路,使其不會因?yàn)楸粶y試對象或測試電路的故障而影響整個系統(tǒng)的工作。

(2)減小環(huán)境干擾對測試電路的影響。為保護(hù)后級設(shè)備、保證測量結(jié)果的有效性,測試電路與被測電路必須做到嚴(yán)格的電氣隔離。

光電耦合器因其良好的性能和抗干擾能力而被廣泛地應(yīng)用于輸入和輸出信號的電氣隔離。但是,在利用光電耦合器的線性耦合直接對模擬信號進(jìn)行隔離傳輸時,由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級管和光敏三級管的伏安特性,使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上比較小并且存在一定程度的非線性失真。由于光電耦合器件非線性的輸入輸出特性所限,一般來講,光耦器件主要應(yīng)用于數(shù)字信號的隔離,而較少用于模擬信號的隔離。

目前對于模擬電信號的隔離主要有2種方法:一種是采用諸如霍爾器件等特殊傳感器,但其價格較貴;另一種是首先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換或V/F轉(zhuǎn)換,再用光耦進(jìn)行隔離的方法,但處理過程較為復(fù)雜,并且不能使用單片機(jī)內(nèi)置的A/D口。如果能夠使用光耦器件完成對模擬信號的隔離,無疑是很有意義的。

2 普通光耦器件的線性化使用

光電耦合器由發(fā)光器和受光器2部分組成,發(fā)光器是一個發(fā)光二級管,受光器是一個光敏三級管,二者密封在同一管殼內(nèi)。當(dāng)受光器接受光照時,產(chǎn)生電流輸出。由于電信號以光線為傳輸介質(zhì),因而實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出信號在電氣上的良好隔離。但是,在利用光電耦合器的線性耦合直接對模擬信號進(jìn)行隔離傳輸時,由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級管和光敏三級管的伏安特性,使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上存在一定程度的非線性失真。

可以設(shè)想,如果采取措施使光耦器件的非線性問題得以改善,那么利用光耦進(jìn)行模擬信號的隔離是可能的。根據(jù)以上假設(shè),我們想到控制理論中反饋控制的特點(diǎn),其中很重要的一點(diǎn)就是引入負(fù)反饋可以改善系統(tǒng)的線性度。

基于此想法,設(shè)計了如圖1所示的電路進(jìn)行模擬量的隔離測量。

在本電路中,使用了2個普通光耦器件和2個運(yùn)算放大器,2個光耦一個用于輸出,一個用于反饋,反饋用來補(bǔ)償發(fā)光二極管時間、溫度特性的非線性。下面我們來分析一下電路的工作原理。

 

作者:孫德剛 孫 光   來源:現(xiàn)代電子技術(shù)
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