线性光耦详细介绍

光防护是一种很常见的数据信号防护方式。常见光电耦合器元器件以及外围电路构成。因为光耦电路简易，在数据防护电源电路或传输数据电源电路中经常使用，如UART协议书的20mA电流量环。针对脉冲信号，光电耦合器由于I/O的线型较弱，而且随环境温度改变很大，限定了其在脉冲信号防护的运用。

针对高频率沟通交流脉冲信号，变电器防护是最普遍的挑选，但针对干支流数据信号却不适合。一些厂商给予防护放大仪做为脉冲信号防护的解决方法，如ADI的AD202，可以保证从直流电到几K的次数内给予0.025%的线性，但这类防护元器件內部先开展工作电压- 頻率变换，对发生的沟通数据信号开展变电器防护，随后开展頻率-工作电压变换获得防护实际效果。集成化的防护放大仪內部电源电路繁杂，容积大，成本增加，不宜大量运用。

脉冲信号防护的一个比较好的选取是应用线型光电耦合器。线性光耦的防护基本原理与一般光电耦合器沒有区别，仅仅将一般光电耦合器的多发单收方式稍稍更改，提升一个用以意见反馈的光接纳电源电路用以意见反馈。那样，尽管2个光接纳电源电路全是离散系统的，但2个光接纳电源电路的离散系统特点全是一样的，那样，就可以根据意见反馈通道的离散系统来相抵直通通路的离散系统，进而实现完成线形防护的目地。

销售市场上的线性光耦有几中可选用的集成ic，如Agilent企业的HCNR200/201，TI分公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。这儿以HCNR200/201为例子详细介绍。

HCNR201的结构特征及原理

HCNR201光耦合器是一种由三个光学元器件构成的元器件，关键性能指标以下：

具备±5％的传送增益值偏差和±0．05％的线形偏差；

具备DC～1MHz的网络带宽；

接地电阻达到1013Ω，键入与輸出控制回路中间的分布电容为0．4pF；

抗压水平为一分钟5000V，较大绝缘层工作标准电压为1414V；

具备0～15V的键入／輸出范畴。

HCNR201光耦合器的构造如图所示1所显示，在其中LED为铝氮化镓发光二极管，PD1、PD2是2个邻近配对的光敏二极管，这类封裝构造确定了每一个光敏二极管都能从LED获得类似的阳光照射，因此排除了LED的离散系统和误差特点所产生的偏差。当交流电穿过LED时，LED传出的光被藕合到PD1与PD2，进而在元器件輸出端形成与光照强度正相关的输入输出电流量。

图1 线性光耦hcnr201内部构造

在运用时，可将第三、4輸出端与第一、2键入端一起连接控制电路，在其中第三、4端光敏二极管起反馈性，它可将造成的输入输出电流量再反应到第一、2端LED上，以对输进数据信号开展反馈调节。

原理

hcnr201的led、pd1及运算放大器a1等构成防护控制电路的导入一部分，pd2及运算放大器a2等构成防护控制电路的导出一部分。设防护电源电路输进电流为vin，输出电压为vout，led上电流量为if，二极管pd1上形成的工作电流为ipd1，二极管pd2上形成的工作电流为ipd2，如图2所显示。

图2 线性光耦hcnr201仿真模拟工作电压防护电源电路

防护电源电路中pd1产生了负的反馈，当有工作电压vin键入时，运算放大器a1的輸出使led上面有电流量if穿过，且键入电流的转变 反映在电流量if上，并推动led发亮把电子信号转化成光信号灯不亮。led传出的光被pd1检测到并造成光电流ipd1。与此同时，键入工作电压vin也会形成电流量穿过r1。假设a1是理想化运算放大器，则沒有电流量注入a1的键入端，穿过r1的电流量可能穿过pd1到地，因而，ipd1=vin/r1。留意，ipd1只在于键入工作电压vin和r1的值，与led的光频率特性不相干。又因led传出的光与此同时直射在2个光敏二极管上，且pd1和pd2完全一致的，理想化状况下ipd2应当相当于ipd1。界定一个指数k，有ipd1=kipd2，k约为1±5%（当集成ic制做成功后随着明确）。运算放大器a2和电阻器r2把ipd2转化成输出电压vout，有vout=ipd2r2，组成上边的3个方程式获得输出电压和键入工作电压关联：vout/vin=kr2/r1，因而，输出电压vout具备可靠性和线形，其增益值可利用调节r2与r1的值来完成，一般取r1和r2的值同样。

防护电源电路中电阻器r1起过流保护功效。r3用以操纵led的亮度单位，进而对操纵安全通道增益值起一定功效。电容器c1、c2为意见反馈电容器，用以提升线路的可靠性。运放电路a1的效果是把工作电压数据信号转化成电流量数据信号，运放电路a2的效果是把光电耦合器輸出的电流量数据信号转换为电流数据信号，并提高负荷推动工作能力。

线性光耦的应用案例（一）

在某转向头灯监测系统中，必须 用检验板系统对中的各线路板的主要参数实现检测，以对工作中异常的线路板得出常见故障标示，并且用单片机设计来解决检验結果。因为具体办公环境非常极端，为了更好地避免电磁干扰由收集无线信道进到检验板及确保单片机设计系统软件工作中一切正常，小编选用光耦合器来完成讯号的传送。因为光耦合器的发光二极管为电流量控制器件，因此应以电流量环城路的方式开展传输，并且电流量环城路是低特性阻抗电源电路，它对噪音的敏感性较低，因而提升了线路的抗干扰性。有时候影响噪音虽然有很大的工作电压力度，但其动能小，因此只有产生很弱的电流量，而光耦合器键入部位的发光二极管是在电流量情况下工作中的，仅有在根据一定抗压强度的交流电时才可以发亮，因而，即便 有很高电压幅度值的影响，也会因其所产生的工作电流尺寸而被抑止掉。

在具体检验线路的某一收集无线信道中，如需对一组差动保护键入数据信号实现检验，可将电源电路连接成如图所示3所显示的接口方式。图上，根据放大仪N1可将导入的差动保护数据信号变成单侧数据信号后輸出。因为二极管V1和V2的功效，当输进讯号为发动机正时，V2通断，V1截至，放大仪N2呈开环增益情况，光电耦合器N5工作中，N4关闭；而当输进讯号为负时，则恰好反过来。当HCNR201的第三、4端光敏二极管光照后，其輸出数据信号将意见反馈到放大仪的键入端，以提升光电耦合器的线形并降低温漂。第5、6端导出的讯号经运算放大器变大后輸出。电阻器RP1的效果是调整运算放大器键入参考点电流量的尺寸。电容器C2、C3为意见反馈电容器，可用来提升线路的可靠性，清除谐振电路，滤掉电源电路中的毛边数据信号，减少线路的輸出噪音，其阻值可依据电源电路的频率特点来选择。放大仪N6的效果是把光电耦合器輸出的电流量数据信号转换为电流数据信号以便后续电源电路应用，并提高负荷推动工作能力，减少输出阻抗。调节电阻器RP2的值能够调节无线信道的增益值。

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