隔离放大器设计
HCNR200201
1前言通常隔离放大器都具有极好的抗共模干扰能力，还可有效阻断现场和数据采集系统之间的电联系，但并不切断它们之间的信号传递，在通信、工业、医疗器材、电源及测试装置等系统之中，电路的隔离是必要的，传统的实现的隔离都是由变压器及光耦合元件完成的，其中变压器用于耦合交流信号；而光耦合器则用于直流信号的耦合。
与一般的光耦合元件不同，LOC11X 光耦合器可工作在伺服模式，并能用以补偿发光二极管的非线性时间及温度特性，除此之外，LOC11X 光耦合器还能同时耦合交流及直流信号，为设计者提供了可取代大体积变压器及非线性光耦合元件的更佳选择。
2结构原理LOC11X光耦合器有LOC110、LOC111和LOC112三种型号，其内部结构为一个红外线发光二极管与两个光电三极管形成的光耦合。
其中的一个光电三极管可在伺服反馈机制中对发光二极管的导通电流予以补偿；另一个光电三极管用于提供输入及输出电路间的电流隔离。
图1所示是LOC11X的内部结构及引脚排列。
LOC11X光耦合器有DIP和表面贴装两种封装形式，它们均能耦合模拟和数字信号，且具有高增益稳定性，其带宽大于200kHz，线性度可达0．01％。
由于LOC11X光耦合器内部有一对线性光耦合器，应当用在电流隔离，可保持正确的交流及直流信号的耦合以及输入／输出的线性，它有光电压和光电导两种工作模式。
2．1光电导模式图2是LOC11X光耦合器在光电导模式下工作的典型电路，该电路被配置成光电三极管的集电极与基极反向偏压，这是LOC11X光耦合器在光电导模式下运作的典型接法。
当输入电压VIN在0V且IF为0mA时，U1有一个大的开环增益值，而随着VIN值的升高，U1的输出值开始进入VCC1的轨迹上，随着U1输出的增大，IF 开始有电流值，发光二极管也进入工作状态。
接着，光电三极管受到发光二极管所发出光的照射而导通并产生电流I1，当I1流经R1时，将在U1的反相端产生电压VA，从而使得放大器进入负反馈工作状态。
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。
隔离放大器ACPL-C79B，ACPL-C79A,ACPL-CC790
精密微型隔离放大器ACPL-C79B/C79A/C790型号：ACPL-C79B/C79A/C790类型：隔离放大器封装：SOP-8电源电压：3 - 5.5VCMR（KV/μs ）：15温度范围：-40-105℃隔离能力：5000Vrms品牌：安华高AVAGOACPL-C79B/C79A/C790隔离放大器是专为电机驱动器和可再生能源系统等电子大功率变流器中的电流和电压感测而设计的。
在实施典型的电机驱动程序中，隔离放大器可检测到电机电流通过外部电阻所产生的模拟电压降。
光隔离屏障的另一端则产生差分正比于电机电流的差分输出电压。
建议在通用型应用中采用（±1％增益误差）的ACPL-C79A和（±3％增益误差）的ACPL-C790。
对于高端精密型应用，需采用（±0.5％增益误差）的ACPL-C79B。
该产品采用5V 单电源供电，具备优异的线性度和60 分贝的信噪比动态性能。
由于具有200 kHz 带宽和 1.6µs 的快速响应时间，该产品可以捕获短路和过载情况下的瞬变。
ACPL-C79B/C79A/C790高达(15 kV/µs) 的共模瞬变抑制能力可在高噪声的电机控制环境下精确监测电机电流，其体现的精确性和稳定性足以为各类不同的电机控制应用提供较为平顺的控制（“转矩波动”较小）。
通过结合卓越的光耦技术，ACPL-C79B/C79A/C790 运用Σ-Δ模数转换器技术、斩波稳定放大器以及全差分电路拓朴结构，提供无与伦比的隔离模式噪声抑制能力，降低失调、提高增益，体现精确度和稳定性。
这一性能体现在一个紧凑的自动插入伸展型SO-8 封装产品中，符合世界各地安全法的标准。
ACPL-C79B/C79A/C790特点：0.5% 高增益精度（仅ACPL-C79B）–50 ppm/°C 低增益漂移0.6mV 输入失调电压0.05% 出色的线性度60dB 信噪比200kHz 宽频带宽输出3V 至5.5V 的宽范围电压–40°C 到+105°C 工作温度范围先进的Sigma-Delta (Σ-Δ) 模数转换技术全差分隔离放大器15 kV/µs 共模瞬变抑制能力紧凑的自动插入扩展型SO-8 封装ACPL-C79B/C79A/C790应用：交流与伺服电机驱动的电流/电压检测太阳能逆变器、风力发电机逆变器工业流程控制数据采集系统开关电源信号隔离通用模拟信号隔离取代传统型电流变送器深圳市潮光科技有限公司潮光光耦网： TEL：*************。
0136.模拟信号隔离器隔离放大器隔离变送器常见问题解答
模拟信号隔离器/隔离放大器/隔离变送器常见问题解答工业生产中为增加设备带载能力并保证连接同一信号的设备之间互不干扰，提高电控安全性能，需要将仪器仪表或传感器输出的电压电流、频率、电阻等信号进行采集运算、隔离放大、转换变送及去干扰处理后，得到行业通用的标准模拟电流或电压信号，安全送给二次仪表或PLC/DCS/PC机使用。
用户使用模拟信号隔离器/隔离放大器/隔离变送器/数据采集器等产品，有时会遇到现场信号匹配、负载匹配、高频干扰、多路信号窜扰等技术问题，或有源无源、2/3/4线制、回路馈电等选型应用方法问题。
顺源科技作为国内资深模拟信号技术应用研发生产厂家，根据多年的研发生产经验和技术服务工程师广泛收集的工业现场各种不同环境下用户反馈宝贵意见，在对产品性能不受影响前提下逐步对各项技术指标进行改进改善的同时，将工程师现场遇到的一些技术问题进行记录、收集整理，希望给广大用户提供一些技术参考和现场应用解决方案的支持。
今后如收集到更多的技术问题解决方案，我们会及时更新信息。
1、信号隔离器|隔离放大器|隔离变送器|隔离配电器|隔离调理器|隔离安全栅如何区分？如何选型？信号隔离器：将模拟4-20mA电流信号或0-5V电压信号进行直接隔离传输，分为有源型和无源型。
有源型信号隔离器需外接辅助电源，由于有外接电能量支持，信号在隔离传输过程中不会损耗，带载能力强。
0-±10V信号隔离器，ISO EM U6-P1-O10参考资料：/download/html/DownDetail_1.html 无源型信号隔离器不需要外接辅助电源，一般采用回路窃电技术，信号传输有些损耗，带载（≤350Ω）较弱。
4-20mA无源信号隔离器，ISOS 4-20mA参考资料：/download/html/DownDetail_159.html 隔离放大器：一般都是有源型，可将模拟4-20mA电流信号或0-10V电压信号进行隔离、放大、转换。
利用光耦实现模拟隔离放大电路的原理及设计
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。
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。
1新型电路原理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。
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。
现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下，而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。
隔离放大器HCPL-7840内部工作原理
隔离放大器HCPL-7840
安华高生产的隔离放大器HCPL-7840，采用8PIN DIP封装，是一款可用来检测电流/电压的光电耦合器，非常合适马达相位和轨电流检测，逆变器电流检测，传统电流传感器的替代相比传统的霍尔效应电流传感器，HCPL-7840不受外部磁场影响，线性好，CMR高，体积小，成本低等优点。
下图为功能方块图，2,3脚采样信号输入，6,7脚差分输出。
功能方块图
内部工作过程如下：
输入信号经Σ-Δ调制器转换成高速串行比特流，然后经过编码器进行编码，进行模数转换，然后驱动LED将信号传送到输出端，输出端讲信号进行解码数模转换后输出。
模数转换核心：Sigma-Delta调制
输入信号信息包含在调制器输出数据流中，由1和0的密度表示
为了保证良好的线性放大，根据电路中电流的大小可选取合适的分流电阻，使得输入电压范围为-200~+200mV。
隔离放大器的设计
隔离放大器的设计电子电路抗干扰设计的有效方法是利用光电隔离。
但是，由于光电隔离器件的电流传输系数是非线性的，直接用来传输模拟量时，非线性失真较大、精度差，我们利用光电耦合器件与运算放大器结合设计一个线性度较好的模拟量光隔离放大器电路如图3-29所示。
图3-29 光电隔离放大器其中，G 1,G 2是两个性能、规格相同(同一封装)的光电耦合器，G 1,G 2的初级串连，并用同一偏置电流I 1激励，设G 1和G 2的电流传输系数分别为a 2和a 2，则112I I α= ， 123I I α=（3-6）则集成运放A4具有理想性能，则62R I U U U i ===-+（3-7）而输出电压U 0为()为跟随器5730A R I U =（3-8）因此，电路的电压增益A V 可由下式确定 627310V A R I R I U U ==（3-9）将式（3-4）和（3-5）代入上式，则 1627V A ααR R =（3-10）由于G 1、G 2是同性能、同型号、同封装的光电耦合器（MOC8111）,因此G 1、G 2的电流传输系数a 1和a 2可看作是相等的，所以光耦合放大器的电压增益为67R R A V =（3-11）由此可知，如图所示的光耦放大器增益与G 1,G 2的电流传输系数a 1和a 2无关。
实际上是利用G 1,G 2电流传输系数的对称性补偿了它们之间的非线性。
运放A 5(uA741)接成跟随器形式，以提高电路的负载能力。
运放A 1连接反馈电容C ，用来消除电路的自激振荡。
由于光电耦合器初级、次级之间存在着延迟，使G 1和G 2组成的负反馈电路之间显得迟缓，容易引起电路C 自激振荡，连接电容之后，保证了电路对瞬变信号的负反馈作用，提高了电路的稳定性。
电容C 的容量可根据电路的频率特性要求来确定，经实验和实际应用，电路的非线性误差小于0.2%较好地解决了模拟信号不共地传输的问题。
3.13 可控硅调功控温可控硅调功控温具有不冲击电网，对用电设备不产生干扰等优点，是一种应用广泛的控温方式。
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A题隔离放大器设计
一、任务
设计一个交直流隔离放大器，系统测试电路如图1所示。
具体指标要求如下：
●电压增益：50倍；
●最大输出电流：大于等于2mA（RMS）；
●输入——输出间隔离电压：大于500V；
●输入电压：正弦交流信号，小于等于50mV（RMS）；
●输入电阻：大于100kΩ；
●频带宽度：0～1kHz；
●误差：小于1％。
+
u o
-
图1 系统结构图
二、具体指标与分值（理论设计满分100分）
三、说明
1、只提供一组±15V直流电源，其余问题自己解决，方法不限；
2、报告中主要参数应给出计算方法；
3、理论设计部分成绩由设计报告和现场答辩综合评定。
四、设计报告格式
1.设计报告统一使用A4纸张纵向打印。
页边距除上边取3厘米外，其它使用Word的约定值（即下边
2.54厘米，左右各
3.17厘米）。
装订位置在报告上方，装订线距设计报告上端约1.5厘米处。
2.设计报告章、节标题使用黑体小三号字体，正文使用宋体小四号字体。
行距设单倍行距。
每页右下角标注页码。
3.设计报告封面应写明竞赛题目、参赛学院、参赛队号和队员姓名。
4.设计报告的图文篇幅限制为15页以内（封面不计，单面打印）。
设计报告第一页应为设计题目、300字以内的中文设计摘要，关键词3～6个。
设计报告内容格式通常应包括下述内容：
（1）引言：叙述对题目的理解，以及设计思路和特点。
（2）方案设计：叙述设计思路，总体方案组成和说明，通常要提出两个方案，并对两个方案进行比较，说明采用其中一个方案的理由。
（3）对各个组成部分作详细说明及参数计算，给出框图、电路原理图、软件流程图。
（4）结论：叙述完成情况、未完成的原因、心得体会、存在的问题、进一步努力的方向。
（5）附件：包括完整电路图、元器件清单列表、源程序清单等。