线性光耦原理与电路设计
线性光耦原理与电路设计 2007-03-09 19:03:27 作者：佚名 来源：互联网 1. 线形光耦介绍 光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在模拟信号隔离的应用。 对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常见的选择，但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.025%的线性度，但这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率-电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。 模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。 市场上的线性光耦有几中可选择的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。这里以HCNR200/201为例介绍 2. 芯片介绍与原理说明 HCNR200/201的内部框图如下所示
其中1、2引作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流IF上，IPD1和IPD2基本与IF成线性关系，
线性系数分别记为K1和K2,即 K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间），但芯片的设计使得K1和K2相等。在后面可以看到，在合理的外围电路设计中，真正影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正利用这种特性才能达到满意的线性度的。 HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同，差别在于一些指标上。相对于HCNR200，HCNR201提供更高的线性度。 采用HCNR200/201进行隔离的一些指标如下所示： * 线性度：HCNR200：0.25%，HCNR201：0.05%； * 线性系数K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%； * 温度系数： -65ppm/oC； * 隔离电压：1414V； * 信号带宽：直流到大于1MHz。 从上面可以看出，和普通光耦一样，线性光耦真正隔离的是电流，要想真正隔离电压，需要在输出和输出处增加运算放大器等辅助电路。下面对HCNR200/201的典型电路进行分析，对电路中如何实现反馈以及电流-电压、电压-电流转换进行推导与说明。 3. 典型电路分析 Agilent公司的HCNR200/201的手册上给出了多种实用电路，其中较为典型的一种如下图所示： 图2 设输入端电压为Vin，输出端电压为Vout，光耦保证的两个电流传递系数分别为K1、K2，显然，，和之间的关系取决于和之间的关系。 将前级运放的电路提出来看，如下
图所示： 设运放负端的电压为，运放输出端的电压为，在运放不饱和的情况下二者满足下面的关系： Vo=Voo-GVi (1) 其中是在运放输入差模为0时的输出电压，G为运放的增益，一般比较大。 忽略运放负端的输入电流，可以认为通过R1的电流为IP1，根据R1的欧姆定律得：
通过R3两端的电流为IF，根据欧姆定律得： 其中,为光耦2脚的电压，考虑到LED导通时的电压（）基本不变，这里的作为常数对待。 根据光耦的特性，即 K1=IP1/IF (4) 将和的表达式代入上式，可得： 上式经变形可得到： 将的表达式代入（3）式可得：
考虑到G特别大，则可以做以下近似： 这样，输出与输入电压的关系如下：
可见，在上述电路中，输出和输入成正比，并且比例系数只由K3和R1、R2确定。一般选R1=R2，达到只隔离不放大的目的。 4. 辅助电路与参数确定 上面的推导都是假定所有电路都是工作在线性范围内的，要想做到这一点需要对运放进行合理选型，并且确定电阻的阻值。 4.1 运放选型 运放可以是单电源供电或正负电源供电，上面给出的是单电源供电的例子。为了能使输入范围能够从0到VCC，需要运放能够满摆幅工作，另外，运放的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。TI公司的LMV321单运放电路能够满足以上要求，可以作为HCNR200/201的外围电路。 4.2 阻值确定 电阻的选型需要考虑运放的线性范围和线性光耦的最大工作电流IFmax。K1已知的情况下，IFmax又确定了IPD1的最大值IPD1max，这样，由于Vo的范围最小可以为0，这样，由于 考虑到IFmax大有利于能量的传输，这样，一般取 另外，由于工作在深度负反馈状态的运放满足虚短特性，因此，考虑IPD1的限制， 这样， R2的确定可以根据所需要的放大倍数确定，例如如果不需要方法，只需将R2=R1即可。 另外由于光耦会产生一些高频的噪声，通常在R2处并联电容，构成低通滤波器，具体电容的值由输入频率以及噪声频率确定。 4.3 参数确定实例 假设确定Vcc=5V，输入在0-4V之间，输出等于输入，采用LMV321运放芯片以及上面电路，下面给出参数确定的过程。 * 确定IFmax：HCNR200/201的手册上推荐器件工作的25mA左右； * 确定R3：R3=5V/25mA=200； * 确定R1：; * 确定R2：R2=R1=32K。 5. 总结 本文给出了线性光耦的简单介绍以及电路设计、参数选择等使用中的注意事项与参考设计，并对电路的设计方法给出相应的推导与解释，供广大电子工程师参考。
线性光耦隔离电路及其在程控电压源的应用 时间:2009-01-14 来源: 作者:张永良 李波 点击：2146 字体大小:【大 中 小】 本文所讨论的线性光耦隔离电路是借助于一般光电耦合器的特性，用偏置法和差分技术设计而成，是用来隔离计算机所输出电压源的数字信号与负载模拟信号之间的干扰。
线性光耦隔离电路的设计 所设计的线性光耦隔离电路是由两个光电耦合器、两个偏置输入电路和一个差分放大电路组成，框图如图1所示。
因为光电耦合器有其特有的工作线性区，偏置输入是用来调节光电耦合器(1)的输入电流，使其工作在线性区。而光电耦合器(2)和偏置输入(2)通过差分放大电路来耦合光电耦合器(1)的漂移和非线性。差分放大电路还用来得到放大的模拟信号。 光耦隔离放大电路采用TLP521-2光电耦合器、LF356普通一路放大器和LF347普通四路放大器。TLP521-2光电耦合器是集成了图1中光电耦合器(1)和(2)，LF356主要用于信号输入前的信号处理，一方面保证光电耦合器工作在线性区，另一方面，对输入信号作简单的放大。LF347则组成差分放大电路。所以光耦隔离放大电路的结构图如图2所示。
线性光耦隔离电路的接线原理如图3所示。
图中，LF356为放大器(1)，中间两个光电耦合器由TLP521-2构成，后面四个放大器由LF347构成。
线性光耦隔离电路的工作原理 光电耦合器的工作特性 TLP521-2光电耦合器是由两个单独的光电耦合器组成。一般来讲，光电耦合器由一个发光二极管和一个光敏器件构成。发光二极管的发光亮度L与电流成正比，当电流增大到引起结温升高时，发光二极管呈饱和状态，不再在线性工作区。光电二极管的光电流与光照度的关系可用IL∝Eu表述。其中，E为光照度，u=1±0.05，因此，光电流基本上随照度而线性增大。但一般硅光电二极管的光电流是几十微安，对于光敏三极管，由于其放大系数与集电极电流大小有关，小电流时，放大系数小，所以光敏三极管在低照度时灵敏度低，而在照度高时，光电流又呈饱和趋势。达不到线性效果。 因为不同的光电耦合器有不同的工作线性区，所以，在试验过程中，应该首先找到光电耦合器的线性区。光电耦合器TLP521-2的电流线性区大约为1～10mA。 光电耦合器的偏置输入电路可以决定输入它的电流的范围，偏置电路设计的好，可以使得输入电流在很大范围内变化时，光电耦合器依然工作在线性区。
差分放大电路工作原理 本电路中差分放大电路采用多运放、可增益、可调零电路。图3中，两个光电耦合器的输出分别通过放大器(2)和(3)输入到放大器(4)的同相端和反相端，再差分放大到输出。放大器(5)主要是用来调零。其中，光电耦合器(2)的偏置输入电路通过放大电路来补偿光电耦合器(1)的漂移以及非线性部分。一旦补偿奏效，电路的输出就只与光电耦合器(1)的输入有关。 线性光隔离电路在程控电压源中的应用 本电路所用输入电压是由PC机给定，该电压由程序控制，并且可调节。通过D/A转换，变成模拟信号后，送到光耦合隔离放大电路的输入端，由隔离放大电路隔离放大后从放大器(5)输出。同时在输出端找一个反馈点，同样通过隔离放大电路和A/D转换返回PC机，通过反馈调整程序，使输出更精确。 本实验所要求的PC机给定电压为0-5V，输出要求达到0-12V。 光耦合隔离电路在程控电压源中应用的框图如图4所示。 由于试验的目的是为了得到不受输入影响的精确模拟信号，电路首先要凋零，即在零输入状态下保证输出为零。调试步骤如下：
1. 调节放大器(1)的反相端，使输入电压为零(即接地)。 2. 为保证光电耦合器(1)工作在线性区，调节放大器(1)同相端的输入电压，使输出电压达到一个线性度较好的工作区。 3. 调节光电耦合器(2)，使得两个耦合器的输入电流完全相同(因为其电流工作特l生)，从而使得输出电流也近似相同(因为电子元器件本身的误差，不可能完全相同)。 4. 调节放大器(2)和(3)的正相输入电压，使两者相等。这样，在放大器(4)的输出端可以得到一个接近零的输出(也不能完全为零)。R12为放大倍数调节电阻。 5. 调节R17使得放大器(5)输出端电压为零，即PR17为调零电阻。 6. 根据所给输入电压Vin调节放大倍数，得到所需电压Vout。
通过试验及调试，得到一组线性度很好的数据。 调试中应注意的问题
1. 电路中所有+Vcc均为+12V，-Vcc均为-12V，GND为地，但光电耦合器左右两边用两套电源，以避免信号干扰。 2. 对单个放大器而言，在调试时，尽量让输出电压在12V以下。 3. 光电耦合器的输入电流应在2～10mA为宜(这是光电耦合器的线性区，电流太大或太小都会偏离线性区)，本实验采用6.17mA(0V输入时)。且当输入电压Vin从0～5V改变时，光电耦合器(1)的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化，这样可以尽可能保证输入电流在光电耦合器的线性区内变化。 4. 电压放大过程实际由两部分组成，第一部分为放大器(1)，第二部分为后四个放大器组成的集成运放块。
光耦隔离电路
光耦隔离电路
光耦隔离电路是一种常用的电路设计方案，它可以实现电路信号的隔
离和传输，保证电路的安全性和稳定性。
光耦隔离电路的主要原理是
利用光电转换器将电信号转换成光信号，再通过光纤或光电耦合器将
光信号传输到另一端，再通过光电转换器将光信号转换成电信号，从
而实现电路信号的隔离和传输。
光耦隔离电路的主要优点是具有高隔离性能、低噪声、高速度、低功耗、小体积等特点。
它可以有效地隔离电路中的干扰信号，提高电路
的抗干扰能力，保证电路的稳定性和可靠性。
同时，光耦隔离电路还
可以实现电路的隔离控制，保护电路中的敏感元件，提高电路的安全性。
光耦隔离电路的设计需要考虑多个因素，包括光电转换器的选择、光
纤或光电耦合器的选型、电路的布局和连接方式等。
在选择光电转换
器时，需要考虑其响应速度、灵敏度、线性度、噪声等参数，以满足
电路的要求。
在选择光纤或光电耦合器时，需要考虑其传输距离、传
输速度、损耗等参数，以保证信号的传输质量。
在光耦隔离电路的布局和连接方面，需要注意信号线和电源线的分离，以避免干扰信号的传输。
同时，还需要注意信号线和地线的分离，以
减少信号的噪声干扰。
在连接光电转换器和光纤或光电耦合器时，需要注意光纤或光电耦合器的极性，以保证信号的正确传输。
总之，光耦隔离电路是一种重要的电路设计方案，它可以实现电路信号的隔离和传输，保证电路的安全性和稳定性。
在设计光耦隔离电路时，需要考虑多个因素，包括光电转换器的选择、光纤或光电耦合器的选型、电路的布局和连接方式等，以保证电路的性能和可靠性。
光耦设计方法范文
光耦设计方法范文光耦合器（简称光耦）是一种将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的器件。
它由一个光学发射器和一个光学接收器组成，两者通过光学隔离实现信号的隔离传输。
在许多电路设计中，光耦能够提供电隔离、噪声耦合抑制和电流传输等优势。
本文将介绍一些常见的光耦设计方法。
光耦设计的第一步是选择合适的光学发射器和光学接收器。
通常，发射器是一个红外发光二极管（LED），接收器可以是光敏二极管（PD）或光探测器等。
发射器和接收器的特性应该与设计要求相符。
例如，如果需要高速传输，应该选择具有快速响应时间的器件。
在光耦的设计中，封装和布局也很重要。
为了保证信号的稳定传输，发射器和接收器之间应该有适当的隔离距离。
同时，尽量减少光线的散射和干扰。
光耦的封装通常是一个黑色塑料封装，以防止外界光线的干扰。
布局时，应该避免电源线和高频线与光耦的引脚交叉，以减少干扰。
在电路设计中，一个常见的问题是输入和输出信号电平的差异。
光耦能够提供信号隔离，解决这个问题。
当输入信号电平较高时，可以通过增加电阻限流，而当输出信号电平较高时，可以通过选择合适的接收器来匹配。
另外，为了提高输入输出的匹配性，可以在输入端和输出端串联一个适当的电阻。
另一个需要考虑的因素是光耦的响应时间。
通常，响应时间越短，传输速度越快。
为了确保光耦的快速响应，可以选择快速响应的LED和PD，并注意使电路的带宽匹配。
此外，还可以通过调整输入和输出电阻值，以及增加滤波电容等方法来改善高频响应。
在光耦的设计中，还有一些常见的电路实现方法。
一种常见的方法是使用驱动电流源控制发光二极管的电流。
通过电流源，可以确保发射器中的电流始终保持在恒定的水平，从而使传输信号更加稳定。
另外，为了提高传输效率，还可以使用共阳极驱动电路和差动传输电路等。
最后，光耦的设计还需要考虑信噪比和线性度等因素。
为了提高信噪比，可以采用抗干扰措施，如屏蔽和滤波。
对于线性度的提升，可以通过选择线性度较好的器件和使用反馈电路等方法来实现。
基于线性光耦HCNR201双极性信号隔离电路
收稿日期:2009-09-30基金项目:国家自然科学基金重大仪器专项项目(40727001)作者简介:杨居朋(1985-),男,山东济宁人,硕士研究生,研究方向为信号采集与智能仪器.・电路与控制・基于线性光耦HCNR201双极性信号隔离电路杨居朋1,2,王军民1,3,刘迪仁1,3(1.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北 荆州 434023;2.长江大学电子信息学院,湖北 荆州 434023;3.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北 荆州 434023) 摘 要:在瞬变电磁勘探中,需要在高压强电磁环境下采集电磁信号进行反褶积运算.如果模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么高压很容易窜入低压器件并将其烧毁.设计了一个基于高精度线性光耦器件HCNR201双极性信号隔离转换电路,并介绍了高精度线性光耦器件HCNR201的主要特性及工作原理.应用于实际仪器的实验结果表明,该电路具有良好的线性度、准确度和适用性.关键词:线性光耦;HCNR201;隔离;双极性信号转换中图分类号:T N256 文献标识码:A 文章编号:1673-1255(2009)06-0051-04Design of Isolated Circuit of Bipolar Signal B asedon Linear Optocoupler HCNR 201YAN G J u 2peng 1,2,WAN G J un 2min 1,3,L IU Di 2ren 1,3(1Key L aboratory of Ex ploration Technologies f or Oiland Gas Resources ,M O E (Yangtze U niversity ),Jingz hou 434023,China ;2School of Elect ronics and Inf orm ation ,Yangtze U niversity ,Jingz hou 434023,China ;3School of Geophysics and Oil Resources ,Yangtze U niversity ,Jingz hou 434023,China ) Abstract :Data acquisition in transient electromagnetic method (TEM )is in a high voltage and strong elec 2tromagnetic field.If there is not electric isolation between analog quantity and digital amount ,the high voltage is easy to entry in the low voltage device and destroy it.A bipolarsignal isolation circuit was designed based on the features of the high 2linearity optocoupler HCN201,and the working principle and the features of the high 2linearity optocoupler HCN201were introduced.The experimental results show the circuit has the better lineari 2ty ,high acuracy and practicability in TEM system. K ey w ords :analog optocoupler ;HCNR201;isolation ;bipolarsignal conversion 在瞬变电磁勘探中,需要在高压强电磁环境下采集发射源信号进行反褶积运算.如果模拟量与数字量之间没有电气隔离,那么高压很容易窜入低压器件并将其烧毁.且各干扰信号会随着采集信号进入采集系统,这些干扰信号的叠加会降低信号的信噪比[1,2],不利于以后的信号处理.因此在高压强电磁环境下进行信号采集必须使采集系统与采集信号实现有效的电气隔离.光电隔离可以避免高压窜入低压的采集系统,且光电耦合器输入阻抗小于干扰源的内阻,因而使叠加于被测信号上的干扰信号被极大地衰减,从而保证采集信号的准确度.线性光耦HCNR201为一模拟信号光电隔离器件,可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离,输出跟随输入变化,线性度达0.01%,并且可以避免内部外部电路因接地不同而带来的误差.目前,基于该器件对单极性信号隔离的电路比较多[3-5].双极性信号高线性第24卷第6期2009年12月 光电技术应用EL ECTRO -OPTIC TECHNOLO GY APPL ICA TION Vol.24,No.6December.2009度隔离比单极性信号高线性度隔离复杂,这方面的研究也比较少.基于该器件工作原理特性,设计出一种基于线性光耦HCNR201双极性信号的隔离电路.1 HCNR201简介HCNR201的原理如图1所示.它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成.当D1通过驱动电流I f时,发出红外光(伺服光通量).该光分别照在D2、D3上,反馈光电二极管D2吸收光通量的一部分,从而产生控制电流I1图1 HCNR201结构图(I1=0.005I f).该电流用来调节I f以补偿D1的非线性.输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例.令伺服电流增益K1=I1/I f,正向增益K2=I2/I f,则传输增益K3=K2/K1=I2/I1,K3的典型值为1.该器件的非线性度为0.01%,带宽大于1MHz,额定隔离电压为8000V.但不可以无限期在任意温度下隔离8000V电压.其连续运行隔离电压为1414V.2 双极性信号隔离电路设计基于HCNR201的特性设计了一种双极性信号隔离电路如图2所示.该电路由互补的两部分组成,光耦1用于正极性信号的隔离,光耦2用于负极性信号的隔离.在隔离电路中,R2调节初级运放A1输入偏置电流的大小,C1起反馈作用,同时滤除了电路中的毛刺信号,避免HCNR201的铝砷化镓发光二极管L ED受到意外冲击.R1可以控制L ED的发光强度,从而对控制通道增益起了一定作用[6].图2 双极性信号隔离电路2.1 隔离电路原理分析该电路由互补电路组成,正极性信号隔离电路与负极性信号隔离电路原理相同,只是信号输入方向和电压极性相反.因此只以正极性信号隔离电路做为分析,其隔离电路如图3所示.在图3中,I1=K1・I f,I2=K2・I f,其中K1、K2为伺服电流增益和正向增益.由电路可知V in=I1・R2=K1・I f・R2(1)V out=I2・R3=K2・I f・R3(2)则电路电压增益为G=V out/V in=(K2・I f・R3)/(K1・I f・R2)(3)在线性光耦HCNR201中K2=K1.所以G=R3/R2(4) 从式(4)可以看出,该隔离电路的电压增益只与电阻R3和R2有关,与光耦的电流传输特性无关,从而实现电压信号隔离.25 光 电 技 术 应 用 第24卷图3 正极性信号隔离电路2.2 运算放大器A 1、A 2的选择HCNR201是电流驱动,其工作电流要求1～20mA ,因此运放A 1的驱动电流必须可以达到20mA.由于隔离信号为双极性,则设计中采用双电源供电的LM358运算放大器,其输出电流可达40mA.运放A 2组成一电压跟随电路,实现输出电路的阻抗匹配.设计中运放A 2也选用双电源供电的LM358运算放大器.2.3 电阻R 1、R 2和R 3的取值由运放A 1(电路图如图3所示)虚断特性知U +=U -=V in(5)由电路图3可知I f =(V out -V d 1)/R 1(6)其中,V d 1为发光二极管D 1的正向压降.I 1=U -/R 2=V in /R 2(7)由于I 1=0.005I f [6],则式(6)、式(7)可化简为V in /R 2=0.005(V out -V d 1)/R 1(8)当R 1=0.005R 2时,V out -V d 1=V in ,即I f =V in /R 1,则R 1=V in /I f(9)设计中V in =-4～+4V ,由于MORNSUN 电源隔离器提供电源,因此V cc =+12V ,V ee =-12V ,为满足I f 取值范围1～20mA ,R 1=V in /I f =4/(20×10-3)=200Ω,R 2=R 1/0.005=40k Ω,R 3=R 2=40kΩ.2.4 隔离电路试验结果该电路首先在protuse 进行仿真实验,其输入信号为峰峰2V 的正弦波,(如图2)当只用光耦1进行信号隔离时,其输出波形如图4所示,由图4知光耦1只隔离正极性的信号,对负极性信号无隔离作用.当只用光耦2进行信号隔离时,其输出波形如图5所示,由图5知光耦2对正极性信号无隔离作用.当用光耦1和光耦2组成的互补电路(如图2)进行信号隔离时,其输出波形如图6所示,由图6知该互补电路可实现对双极性信号的隔离.图4 正极性信号输出图5 负极性信号输出图6 双极性信号输出该电路已用于井中大功率瞬变电磁场采集仪器中,所采集的井中大功率脉冲电磁场源发射电压与35第6期 杨居朋等:基于线性光耦HCNR201双极性信号隔离 图7 井中大功率脉冲电磁场源的发射电压与电流波形电流波形如图7所示,所采电压信号为分压后发射源电压,其分压比例为1000:1.由图7可知最大电压为1.5V,则发射源电压为1500V,所采集最低电压为-0.4V,则发射源电压为-400V.为方便对电流信号的采集,把电流信号经0.5Ω电阻变为电压进行采集,由图7知所采集最高电压20V,流经放电线圈的电流为40A,其电流波形与理论推导的波形相一致.经试验验证在强电压环境(1500～-400V)下,连续对发射源信号进行采集,高压未烧毁采集卡.因此该隔离电路实现了对双极性信号隔离采集,且可隔离瞬变额定电压为8000V.3 结 束 语实验结果表明,应用线性光耦HCNR201组成的双极性信号隔离电路线性度好、电路简单,有效地解决了高压强电磁对高速采集系统的影响,且由于光耦输入阻抗小,极大地衰减了叠加在采集信号上的干扰信号,提高了信号的信噪比,提高了信号处理的精确度.文中所设计的双极性隔离电路以其低成本、高稳定度、高线性度的优点可广泛应用在自动化仪表输入输出隔离、热电偶的隔离、数据通信、电压电流检测和测量、工业控制等领域.参考文献[1] 谭颖琦,范大鹏,陶溢.基于线性光耦HCNR200的DSP采集电路设计与实现[J].电测与仪表,2006(6):46-48.[2] 秦伟刚.光电耦合隔离技术与应用[J].仪器仪表学报,2006(6):2603-2604.[3] 张宝生,王念生.基于高线性度模拟光耦器件HC2NR200模拟量隔离板[J].仪表技术,2005(5):59-60.[4] AN SAN G HOU.A Wide Bandwidth Isolation AmplifierDesign Using Current Conveyors[J].Analog IntegratedCircuits and Signal Processing,2004,40:31-38. [5] 邱吉冰,赵伟.电流小信号隔离采集板的设计与实现[J].自动化仪表,2007(4):61-63.[6] 李海波,林辉.线性光揭在电流采样中的应用[J].光电器件,2003(11):37-38.(上接第35页)(1)加工精度.加工精度须达到纳米级.普通的飞秒激光加工的精度还不能满足要求.高精集束电子流或其他高精度集束粒子流有可能成为理想的加工手段.(2)解决光敏元件的辐射耐受性问题.真空条件下直接面对太阳辐射的恶劣环境要求对器件或窗口材料的性能进行进一步的深入研究.潜在的解决形式如下:①进一步开发耐辐射光敏器件;②开发高一致性光学窗口材料;③采用算法精确处理器件和材料的一致性,减小误差.(3)数据处理帧频需要提高.提高AD转换器采样速度或改进算法.参考文献[1] 郁发新,孙琳琳.基于太阳矢量的皮卫星姿态角测量误差分析[J].吉林大学学报,2008,38(4):976-981. [2] 母方欣,方群,罗建军.基于最小二乘法的月球探测器自主导航[J].计算机仿真,2007,24(11):45-48. [3] 陈非凡,陈益峰.采用光学非线性补偿的两轴微型太阳敏感器[J].清华大学学报(自然科学版),2004,44(2): 197-201.[4] 何丽,胡以华.太阳敏感器的原理与技术发展趋势[J].电子元件与材料,2006,25(9):5-8.[5] 朱鸿泰,孙胜利,陈桂林.CMOS APS在太阳敏感器中的应用研究[J].红外技术,2004,26(4):76-79.[6] 何丽,胡以华,杨勇.一种新的APS数字式太阳敏感器测姿算法[J].传感器世界,2007,13(6):6-10.[7] 樊巧云,江洁,张广军.小型CMOS太阳敏感器[J].光电工程,2007,34(2):133-137.[8] 丁天怀,毕研刚,王鹏.基于CMOS APS的微型数字式太阳敏感器[J].清华大学学报(自然科学版),2008,48(2):203.[9] 居戬之,韦晓茹,朱亚一,等.CCD像元光电转换效率不一致性补偿技术[J].传感器世界,2007(10):18-22.[10] 朱鸿泰,孙胜利,陈桂林.基于CMOS APS高精度太阳敏感器[J].传感器世界,2006(9):26-30.45 光 电 技 术 应 用 第24卷。
光耦的工作原理
光耦的工作原理耦合器以光为媒介传输电信号。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。
在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
光耦的优点光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。
光耦的种类光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。
常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。
常用的线性光耦是PC817A—C系列。
开关电源中常用的光耦是线性光耦。
如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。
光耦简介及常见型号
常用光耦简介及常见型号光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。
光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
常用的4N系列光耦属于非线性光耦常用的线性光耦是PC817A—C系列。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于传输模拟量。
线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。
开关电源中常用的光耦是线性光耦。
如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。
由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。
同时电源带负载能力下降。
在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。
常用的4脚线性光耦有PC817A----C。
PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。
常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。
经查大量资料后，以下是目前市场上常见的高速光藕型号：100K bit/S:6N138、6N139、PS87031M bit/S:6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）10M bit/S:6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-2630（双路）、HCPL－2631（双路）光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比(CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。
光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压。
光耦的作用及工作原理
光耦的作用及工作原理光耦合器〔optical coupler，英文缩写为OC〕亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦合器以光为媒介传输电信号。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三局部组成：光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管〔LED〕，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。
在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦合器是70年代开展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反应电路，通过调节控制端电流来改变占空比，到达精密稳压目的。
学习笔记：光耦的主要作用就是隔离作用，如信号隔离或光电的隔离。
隔离能起到保护的作用，如一边是微处理器控制电路，另一边是高电压执行端，如市电启动的电机，电灯等等，就可以用光耦隔离开。
当两个不同型号的光耦只有负载电流不同时，可以用大负载电流的光耦代替小负载电流的光耦。
以六脚光耦TLP641J为例，说明其原理。
一个光控晶闸管〔photo-thyristor〕耦合〔couple to〕一个砷化镓〔gallium arsenide〕红外发光二极管〔diode〕组成。
光耦简介及常见型号
PL－2631（双路）光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比(CTR)，其定义是光电晶体管集电极电流与LED正向电流的比率(ICE/IF)。
光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发射极之间的电压。
可控硅型光耦还有一种光耦是可控硅型光耦。
例如：moc3063、IL420；它们的主要指标是负载能力；例如：moc3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；光耦的部分型号型号规格性能说明4N25 晶体管输出4N25MC 晶体管输出4N26 晶体管输出4N27 晶体管输出4N28 晶体管输出4N29 达林顿输出4N30 达林顿输出4N31 达林顿输出4N32 达林顿输出4N33 达林顿输出4N33MC 达林顿输出4N35 达林顿输出4N36 晶体管输出4N37 晶体管输出4N38 晶体管输出4N39 可控硅输出6N135 高速光耦晶体管输出6N136 高速光耦晶体管输出6N137 高速光耦晶体管输出6N138 达林顿输出6N139 达林顿输出MOC3020 可控硅驱动输出MOC3021 可控硅驱动输出MOC3023 可控硅驱动输出MOC3030 可控硅驱动输出MOC3040 过零触发可控硅输出MOC3041 过零触发可控硅输出MOC3061 过零触发可控硅输出MOC3081 过零触发可控硅输出TLP521-1 单光耦TLP521-2 双光耦TLP521-4 四光耦TLP621 四光耦TIL113 达林顿输出TIL117 TTL逻辑输出PC814 单光耦PC817 单光耦H11A2 晶体管输出H11D1 高压晶体管输出H11G2 电阻达林顿输光耦的选型与应用2008-2-3 8:54:00推荐光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦的结构是什么样的？光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，光耦合器的结构相当于把发光二极管和光敏(三极)管封装在一起。
高压隔离线性光耦放大电路设计
实 际上 可 以把 看作 常 数 ，
的值 是 Ｔ Ｌ ０ Ｉ ３ ０的
电气 参数 ．典 型 值 为 １ 参数 取值 范围 为 ０７ ～ ５ 。 ．５ １２ Ｕ １构 成 一 个 负 反 馈 放 大 器 ． 其 同 相 输 人 端 和 反相 输入 端的 电压应 近似 相等 ，即满足 式 ｌ ２：：
ｎ ｌ Ｖ是 个 独 立电源 用于 ｕｌ Ｔ Ｌ ０ 的 输 入 ２ 和 Ｉ３０
好。 簟
为加快稿件处理速度 ，使您 的稿件早 目与读者见面，请 您投稿 时注意： １“ ． 摘要” ２ Ｏ ３ ０字，表述论文的主要 内容，包括研 究 目的、 方法、结论 注意 “ ～０ ０ 摘 要” 不 能与 “ 引言 ” “ 、 结论” 中的内容重复 。 ２ 关键词” ３ ８个 ，是 文章的重要信 息点， 所选关键 词要能真正起 到检 索作用。 ．“ ～
≈ － Ｒ１ ２
◇ 峰值 隔 离电 压 为 ３５ ０Ｖ ０
Ｃ１ ４是 ０ １ Ｆ的独 石 电容 ， 防 止 电路 产 生震 ０ ．
荡 Ｔ Ｌ３ ０内部 ＤＯ是 发 光 二 极管 ， 其 电流 工作 点 Ｉ ０ 可选 为 １ ０ｍＡ。Ｄ１ ２为 光敏 二极 管 ，它 们 受 Ｄ 、Ｄ Ｏ
由 于 被 测 量 的 蓄 电池 电压 是 由 Ｒ ３
压 后 输 人 Ｕ１同相 端 的 ， 所 以
ｖ ｅ面 Ｒ ＝ 而 ５
Ｅ 是 蓄 电 池 的 端 电 压 由 此 可 得
大 电 流 烧 毁 器 件 或 毁 坏 蓄 电 池 。 由 于 Ｕ Ｉ 算 放 大 运 器的输入阻抗很高 ．５ ０ ｎ限 流 电阻 对 测 量 精 度 无影 响 。这 些 限 流 电 阻 应 选 择 功 率 值 大 于 １ Ｗ 的垒 属 膜
光耦常见的几种连接方式及其工作原理
在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。
但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。
而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。
本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。
1 常见的几种连接方式及其工作原理常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。
这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。
TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。
副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。
作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。
此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。
通常选择TL431结合TLP521进行反馈。
这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。
常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。
图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。
com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。
注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。
图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚) 电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。
高压隔离线性光耦放大电路设计
涂海盆
涂泽钊
Ｉ ｐ＝Ｋ， Ｉ １ ．，
Ｉ ＝ Ｋ２ Ｉ ｐ ２ ·，
其中Ｋ ＂ ２ 表明Ｉ ｆ ， ， ， ＂ ＩＫ Ｉ ， ， ｐ Ｉ 的变化规律， ｌ 随１ ｐ ２
可称为光辐合函数。由于 Ｄ ，２ １Ｄ 用相同的工艺作成 并与 Ｄ 封装在一起， Ｏ 因此， 它们的光祸合 函数的变
８ ８
《 单片机与嵌入式系统应用》 合订本（－６ １ ）
ＳＡ Ｔ 为 平时，Ｄ０ ０ 始 Ｔ Ｒ 变 低电 Ａ Ｃ８ 开 转痪， ２ 转换时
间约为２５ ． ｔ Ｄ Ｏ２ 转换期间， Ｌ ｓ 。在Ａ Ｃ＆。 读存储区开
始读操作， 同时 Ｄ Ｃ ８２ Ａ ０３ 开始转换， 存储区的读操
作时间设为１ ｊ。当Ａ Ｃ８。 结束后， Ｔ变 ｃ ｓ Ｄ ０２ 转换 Ｉ Ｎ 为低电平， 同时写存储区进行写操作， １ 后， 延时 ｐ ｓ
嵌入式系统应用开发
、 ｜ ｜ 』 ｒ ｜ ｅｓ 尸
８ ９
接 通
道
选
择
驱
动
电
万方数据
Ｕ１ 构成一个负反馈放大器， 其同相输人端和反 相输人端的电压应近似相等， 即满足式（） ２： Ｖ ｔ ， Ｒ１ ； ，· ｉＩ （） ２ Ｕ３ 是一个射极跟随器， 输人阻抗很高， 输出电 压 Ｖ 等于输人端电压 ： 。
化规律相当一致 ， 故可设 ：
Ｋ 一Ｋ
ｚ．１ｌ
·， Ｉ
（） １
图１ Ｉ３０ Ｉ０ 是线性光祸合器件， 中Ｔ ， 适合交流与
直流信号的隔离放大， 主要技术指标如下： 令 带宽＞２０ ； ０ ｋ ｚ Ｈ
实际上可以把 Ｋ 看作常数， 的值是 Ｔ Ｌ０ Ｋ Ｉ３０ 的电气参数， 典型值为 １ 。参数取值范围为 。 ７ 一 ． ５