隔离放大器
四、隔离放大电路
第四节隔离放大器定义：隔离放大器是一种特殊的测量放大电路，其输入、输出和电源电路之间没有直接电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。
输入电路和放大器输出之间有欧姆隔离的器件。
用途：隔离放大器用于防止数据采集器件遭受远程传感器出现的潜在破坏性电压的影响。
这些放大器还用于在多通道应用中放大低电平信号。
它们也可以消除由接地环路引起的测量误差。
由于不需要附加的隔离电源，带有内部变压器的隔离放大器可以降低电路成本。
组成：它由仪器放大器（或运放）和单位增益隔离级构成。
单位增益隔离级完全隔离了器件的输入和输出（欧姆隔离），使电信号没有欧姆连续性。
仪用放大器+隔离电路===隔离仪器放大器运放+隔离电路===隔离放大器理想特性：理想的隔离放大器要求电信号完全没有欧姆连续性，被传送的信号则要求无任何衰减，信号源不必接地。
应用：隔离放大器优良的输入输出欧姆隔离特性，使它适合于用做医疗监护仪器和病人之间的接口。
隔离电平高且漏电流极小，对保护电子仪器有重要的作用。
电力测试仪器设备。
（将高电压部分和弱电部分隔离）。
保护人身及仪器设备的安全。
①主要用于便携式测量仪器和某些测量系统中，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
②应用于生物医学测量中，确保人体不受超过10uA以上漏电流和高电压（可达几百伏以及数千伏）的危害。
③应用于工业中，防止因故障而使电网电压对低压信号电路（包括计算机）造成损坏。
分类：⑴按隔离模式分类：①两口隔离：指信号输入部分和信号输出部分欧姆隔离。
采取其它措施进行电源隔离。
②三口隔离：指输入、输出和供电部分三部分彼此欧姆隔离。
⑵按隔离方法分类：①光电隔离②电容隔离③变压器隔离（电磁隔离）一.基本原理⑴组成：由输入放大器，输出放大器，隔离器以及隔离电源等几部分组成；注意：两种地(GND)，三种信号输入，符号u d：差模输入电压u c：共模输入电压u iso：隔离模电压（加在两种地之间，即隔离壁上）⑵特点：输入放大器及其电源是浮置的，放大器输入端浮置，泄漏电流极小；隔离电阻约为：R iso=1012Ω（采用变压器或光耦合器）；隔离电容(典型值) 为：C iso=20pF隔离放大器的输出与输入隔离，消除了通过公共地线的干扰，大大地提高了电路的共模抑制比。
AD202_AD204隔离放大器及其应用
1. 概述
AD202/ AD204 是一种变压器耦合、微型封装
的精密隔离放大器。它通过片内变压器耦合, 对信 号的输入和输出进行电气隔离。片内的直流电压变
换电路能为输入级、外部传感器和信号处理电路提
供 7. 5V / 2mA 的隔离电源, 从而优化了外围电路 的设计, 提高了芯片的性价比。
AD202 和 AD204 的内部结构基本相同, 仅是某
最好在运放 OP & 07 电路中进行; 增益调节应在反 馈电阻回路中完成。如使用 AD202 作为隔离放大 器, 其电路与图 6 相似, 唯一的区别是电路中 OP & 07 运放用低电压输入运放来代替。 4. 2 电流 & 电压变换器的隔离电路
电流 & 电压变换器的实际隔离电 ( 下转 12 页)
- 1. 000 - 0. 966 - 0. 866 - 0. 707 - 0. 500 - 0. 259
0. 000 0. 259 0. 500 0. 707 0. 866 0. 966 1. 000
每 mg 变化输出
- 0. 2 4. 4 8. 6 12. 2 15. 0 16. 8 17. 5 16. 9 15. 2 12. 4 8. 9 4. 7 0. 2
3. 隔离电压 & 电流变换电路
值。
咨询编号: 990803
由 AD202 组成的隔离型电压 & 电流变换电路 如图 8 所示。从图中看出, 输入电压 ( 0~ 10V) 经隔 离放大器 AD202 隔离, 并在输出端重现输入电压 ( 0~ 10V ) 。该电压经精密、低漂移的电压 & 电流变 换器 XT R110 变换后, 将 0~ 10V 电压信号变换为 4~ 20mA 的电流信号, 可进行远距离传输。本电路 用电流信号作远距离传输, 可避免电压信号在长线 传输过程中的损失误差和电磁干扰。 编者注:
隔离放大器工作原理
隔离放大器工作原理
隔离放大器是一种常用的电子器件，它在电路中起到隔离输入信号和输出信号的作用。
其工作原理主要包括输入隔离、放大和输出隔离三个过程。
我们来看看输入隔离的原理。
隔离放大器通常有两个输入端，一个是信号源输入端，另一个是驱动输出端。
信号源输入端与驱动输出端之间通过一个隔离变压器相连，这个隔离变压器可以有效地将输入信号与输出信号隔离开来，避免信号相互干扰。
我们来看看放大的原理。
隔离放大器中的放大电路通常采用运放作为放大器。
运放具有高增益、宽带宽和低失真等特点，可以放大输入信号的幅度。
在隔离放大器中，运放的非反相输入端与驱动输出端相连，而运放的反相输入端与输出端相连。
通过这种连接方式，输入信号经过放大后，输出信号同样也经过放大。
我们来看看输出隔离的原理。
隔离放大器的输出端通常与负载相连。
为了保证输出信号与输入信号之间的隔离，输出端通常使用一个隔离变压器。
这个隔离变压器可以将输出信号与输入信号隔离开来，避免信号相互干扰。
同时，隔离变压器还可以改变输出信号的电压和电流，以适应负载的需求。
隔离放大器的工作原理主要包括输入隔离、放大和输出隔离三个过程。
通过输入隔离，可以将输入信号与输出信号隔离开来，避免信
号相互干扰；通过放大，可以将输入信号的幅度放大；通过输出隔离，可以将输出信号与输入信号隔离开来，并适应负载的需求。
隔离放大器在电子电路中有着广泛的应用，例如在音频放大器、传感器信号调节和医疗设备中等。
通过合理设计和使用隔离放大器，可以提高电路的稳定性和可靠性，保证信号的准确传输。
两种线性隔离放大器的对比研究
两种线性隔离放大器的对比研究隔离放大器按传输信号的类型。
可以分为模拟隔离和开关隔离放大器。
模拟隔离放大器的生产商和产品种类均较少，且产品价格比较昂贵。
开关隔离放大器的生产商较多，产品种类也多，价格较低，相对便宜。
高价位的模拟隔离放大器限制了其应用范围。
而文献[2]中提到的双通道隔离放大器结构复杂。
且对隔离间距有较高的要求，而文献[3]中所提到的光电耦合隔离放大器则对元器件参数有较高的要求。
文献[4]中提到的隔离放大器对隔离器件间距也有特殊要求。
本文提出了一种新的隔离放大器的设计方案，该方案结构简单，且选用通用器件，易于实现。
通过将本电路与AD公司的AD210AN集成模拟隔离放大器进行实验对比。
本隔离放大电路在带宽上要优于集成模拟隔离放大器。
1 新型电路原理图1所示是笔者设计的隔离放大器的原理电路。
本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。
光电耦合器选用普通光耦TLP521，运算放大器则选择通用运算放大器LF353。
通过这两种普通器件的搭配.所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。
图1所示是放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。
本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成，且两部分使用隔离的电源(Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。
输入部分由运放U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成，由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。
OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A的电流构成差动放大输入。
R1和R2为运放的输入电阻，R3和R4可为四个光耦的发光二极管(LED)提供偏置和控制电流。
运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器，R5上的电压即为运放的输入电压。
运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。
ISO系列：直流—电压信号隔离放大器
ISO 系列： 直流—电压信号隔离放大器产品特征ISO 系列直流电压信号隔离放大、转换器，是一种将输入的直流电压信号转换成按比例输出的并且与输入信号隔离的直流电流或电压信号的混合集成电路。
产品广泛应用在电力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等各个需要电量隔离测控的行业。
z 精度等级：0.1级、0.2级、0.5级。
z 0-5V/0-10V/1-5V 等国际标准信号输入,输出标准的隔离信号。
输出电压信号：0-5V/0-10V/1-5V；输出电流信号：0-10mA/0-20mA/4-20mA。
具有高负载能力。
z 全量程范围内极高的线性度（非线性度<2%）型号及定义 通用参数ISO-U□-P□-O□ 精 度---------- 0.1% ，0.2% ，0.5%辅助电源要求---------- DC5V、12V、24V，±10%工作温度---------- -25 ~ +70℃ 工作湿度---------- 10 ~ 90% (无凝露)输入额定电压值 存储温度---------- -45 ~ +85℃U1：0-5V 存储湿度---------- 10 ~ 95% (无凝露) U2：0-10V 隔 离---------- 信号输入/输出/辅助电源 U3：用户自定义 绝缘电阻---------- ≥20MΩ耐 压---------- 信号输入/输出/辅助电源 3KVDC，50Hz，1分钟，漏电流 1mA 耐冲击电压-------- 3KVAC， 1.2/50us(峰值) 辅助电源P1:DC24V P2:DC12V 输入参数 P3:DC5V P4:DC15VP5:用户自定义输出 O1: 4-20mA O2: 0-20mA 输入项目输入阻抗 电源损耗 输入过载能力0-5V 0-10V ≥1M Ω< 0.2W2.0倍额定： 连续 O3: 4-12-20mA O4: 0-5VO5: 0-10V O6: 1-5V O7:用户自定义输出参数输出项目输出过载能力 响应时间4-20mA 产品选型举例例1： 输入：0-5V 辅助电源：24V0-20mA≤350Ω输出： 4-20mA （如果要求负载为650Ω，请另做注明）产品型号： ISO-U1-P1-O1 4-12-20mA例2： 输入：0-10V 辅助电源：12V输出：0-10V 产品型号： ISO-U2-P2-O5注：负载为650Ω时辅助电源的功耗要大一些。
隔离放大器工作原理
隔离放大器工作原理
隔离放大器是一种特殊的操作放大器，其工作原理是将输入信号隔离开放大器的输出端，以确保输入信号与输出信号之间具有电气隔离，从而实现输入与输出之间的高阻抗隔离。
隔离放大器通常由两个部分组成：输入端和输出端。
输入端接收输入信号，并经过隔离电路进行电气隔离，然后输入到放大器的放大电路中进行放大。
输出端接收来自放大电路的放大信号，并经过隔离电路进行电气隔离，然后输出到负载上。
隔离放大器的工作原理可以通过以下步骤来解释：
1. 输入信号经过输入隔离电路，将输入信号与输出端隔离开，一般使用高阻抗输入电路或光电耦合器实现电气隔离。
2. 经过隔离电路之后，输入信号进入放大电路进行放大。
放大电路可以采用各种不同的放大器电路，如运算放大器、差动放大器等。
3. 放大信号经过输出隔离电路进行电气隔离，一般使用输出变压器、光电耦合器等实现。
4. 经过隔离电路之后，放大信号输出到负载上，并提供给外部设备进行进一步处理。
隔离放大器的主要作用是消除输入与输出之间的电气联系，保证输入信号与输出信号之间的高阻抗隔离，从而避免输入信号对输出信号的影响，同时提高系统的抗干扰能力。
这使得隔离放大器在工业自动化、仪器仪表、医疗设备等领域得到广泛应用。
电路中的隔离放大器有哪些特性
电路中的隔离放大器有哪些特性隔离放大器是一种常用的电路装置，用于在电气系统中实现信号的隔离和放大。
它具有许多特性，下面将逐一介绍。
一、电气隔离隔离放大器的主要特性之一是电气隔离。
它可以有效地将输入信号隔离开来，防止信号的相互干扰和噪音的干扰。
通过使用隔离放大器，可以将不同电路间的信号完全隔离，确保信号的传递质量和准确性。
二、高精度放大隔离放大器具有高精度放大的特性。
通过精心设计的电路结构和优质的元件，它可以实现对输入信号的高增益放大，同时保持信号的准确性和稳定性。
这使得隔离放大器在测量和控制系统中得到广泛应用，并能够满足高精度要求。
三、广泛的输入输出范围隔离放大器的输入输出范围通常较大。
它可以适应各种输入信号的大小和幅度范围，从微弱的信号到较大的电压信号，都能够实现有效的放大和处理。
这一特性使得隔离放大器适用于不同领域和不同应用环境。
四、低失真隔离放大器具有低失真的特性。
它通过采用高质量的元件和精确的电路设计，可以最大限度地减少信号的失真和失真对输出信号的影响。
这使得隔离放大器能够保持信号的精确度和完整性，同时提供高质量的放大效果。
五、高带宽范围隔离放大器通常具有较高的带宽范围。
这意味着它可以处理高频信号，同时保持信号的准确性和稳定性。
高带宽的特性使得隔离放大器在高速数据传输和信号处理中得到广泛应用，能够满足对信号传输速度要求较高的应用场景。
六、抗干扰能力隔离放大器具有良好的抗干扰能力。
它通过采用屏蔽和隔离技术，可以有效地阻隔外界干扰信号的影响，保持输入信号的纯净性和稳定性。
这使得隔离放大器在复杂电磁环境和强电磁干扰场合下能够正常工作，并保证信号的准确性和可靠性。
综上所述，电路中的隔离放大器拥有电气隔离、高精度放大、广泛的输入输出范围、低失真、高带宽范围和抗干扰能力等特性。
这些特性使得隔离放大器成为电气系统中重要的信号处理装置，广泛应用于工业控制、电力系统、医疗设备等领域，为各种应用场景提供稳定、准确的信号处理和放大功能。
电路中的隔离放大器如何抑制干扰
电路中的隔离放大器如何抑制干扰在电子设备和电路中，隔离放大器起着重要的作用，能够有效地抑制干扰信号。
隔离放大器通常由两个主要部分组成：输入端和输出端之间的隔离元件，以及放大器电路。
本文将重点讨论隔离放大器如何抑制干扰，并介绍其工作原理和常见应用。
一、工作原理隔离放大器的主要工作原理是将输入信号与输出信号之间的接地点进行隔离，避免信号传输时的共模干扰。
其基本原理是通过隔离元件（如变压器或光电耦合器）将输入信号和输出信号之间的接地断开。
这样可以有效地消除地线回路中的噪声，实现信号的高保真传输。
在隔离放大器中，还经常采用差分放大电路，可以进一步抑制共模干扰。
差分放大电路的输入端分为两个相反的输入信号，输出信号是两个输入信号的差值。
这样，即使有共同的噪声源干扰，也能够通过差分运算抵消其中的共模信号。
二、应用场景隔离放大器在许多电路设计中都扮演着重要的角色，特别是在涉及精确测量和信号传输的领域。
下面是一些常见的隔离放大器应用场景：1. 工业自动化：在工业控制系统中，经常需要测量和控制高电压和高电流设备。
隔离放大器可用于把信号从受控设备传输到远离高电压设备的控制器，以确保操作员的安全和测量的准确性。
2. 医疗设备：医疗设备中的隔离放大器用于测量和监测生理信号，例如心电图、血压和体温。
通过隔离放大器的使用，可以避免患者受到电源干扰或其他设备传输的干扰信号。
3. 通信系统：在通信领域中，隔离放大器广泛应用于信号传输和干扰抑制。
例如，在音频放大器中使用隔离放大器可以减少电源噪声和其他环境噪声对音频信号的干扰。
4. 高精度测量：在科学研究和实验室应用中，常常需要进行高精度的测量。
隔离放大器可用于保护测量仪器，避免外部电源和干扰信号对实验结果的影响。
三、干扰抑制技术除了隔离放大器的基本原理外，还有一些其他技术可以进一步提高抗干扰性能。
1. 滤波器：通过在输入端或输出端添加适当的滤波器，可以滤除高频或低频干扰信号，使得输出信号更纯净。
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-A2
(+15V)1 9
(-15V) 5
隔离 电源
振荡器
模拟电子技术
13 12
10 14 (-VEE) 11 15 (+VCC) 16
谢 谢！
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7. 信号检测与处理电路
uI= uCE2
+5V
uO = uI
+15V
+5V uCE1
R2
uCE2
A1
C -15V
RW O1
T1
+15V
A2
uCE1= uCE2
T2
GND1
O2
GND2
-15V
uO= uCE1
模拟电子技术
7. 信号检测与处理电路
实现信号传输
+5V
输入、输出级之+15V
间是电气绝缘的
uO = uI
R2
A1
O1
两地两独地立独立
C -15V
+5实V现信号隔离
RW
+15V
T1
A2
T2
GND1
O2 GND2
-15V
模拟电子技术
7. 信号检测与处理电路
2. 变压器隔离放大器
放大器原理图
输入屏蔽
uI
+-A1
调制器
输出屏蔽 解调器
- 100k
+A2
隔离 电源
振荡器
模拟电子技术
uO
VCC
7. 信号检测与处理电路
一种典型的光电耦合隔离放大器
+5V
+5V
+15V
R2
A1
C -15V
RW O1
T1
+15V
A2
T2
GND1
O2 GND2
-15V
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7. 信号检测与处理电路
工作原 理
+5V
+15V R11=R44+RW
+5V
W
R2
A1
RW O1
+15V
C -15V
T1
A2
T2
GND1
O2 O1、GNOD22特性相同-15V
7. 信号检测与处理电路
7.1 电子系统概述 7.2 信号检测系统中的放大电路
7.2.1 测量放大器 7.2.2 隔离放大器
模拟电子技术
7. 信号检测与处理电路
信号检测系统基本框图
A/D
传 感 器
前 置 放
滤 波 器
增 益 调 整
采 样 保 持
转 换 器
大
器
计 算 机 系 统 总 线
控制电路
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7. 信号检测与处理电路
7.2.2 隔离放大器
特点： 输入回路与输出回路之间是电绝缘的。 信号传递的主要方式：
电磁耦合——经过变压器传递信号
光电耦合——光信号为媒介传递信号
模拟电子技术
7. 信号检测与处理电路
1. 光电耦合隔离放大器 光电耦合器原理图
二极管——二极管型
Байду номын сангаас
二极管——三极管型
Ii
Io
Ii
Io
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7. 信号检测与处理电路
光电耦合器的特点 a.耦合器中的发光和光敏元件都是非线性器件。 b.非线性器件传输模拟信号将会导致信号失真。
克服非线性失真采取的主要措施
a. 给非线性器件施加合适的直流偏置， 在小范围内线性传输信息。 b. 采用负反馈技术
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7. 信号检测与处理电路
调制
恢复原低频信号
输入屏蔽
输出屏蔽
uI
+-A1
调制器输入、输出侧解调器 间电气绝缘
- 100k
+A2
隔离 电源
振荡器
uO
VCC
两侧电源独立
给输入侧提供能量
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7. 信号检测与处理电路
变压器隔离放大器AD277原理图和引脚
2
输入屏蔽 输出屏蔽
1M
6
8
7
3 4
-A1
调制器
100k
100k 解调器