一個有趣的線性光耦隔離放大電路

01 光耦放大電路

一、前言

前幾天，有人詢問我一個有趣的電路該如何分析。這是一個基于HCNR201 ?這款帶有輸入補償?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/503166.html">線性光耦的模擬隔離放大器。下面讓我們來看一下這個放大器輸入輸出之間的線性關(guān)系是什么。

▲ 圖1 仿真原理圖

二、原理分析

之所以這個電路圖看起來容易讓人感到困惑，實際上就是這個仿真電路中，錯誤的使用了這樣的光電三極管來表示HCNR201 中的光電二極管。這樣就使得器件電流流向產(chǎn)生錯覺。下面看一下 HCNR201 數(shù)據(jù)手冊中的表示方法。可以看到，這里使用了二極管表示光電管，這里使用了箭頭表示了發(fā)光二極管電流方向，接收光電管的方向恰好相反，分別從管腳3 流向管腳4，從管腳6流向管腳7.?對著仿真電路圖，可以看到，這樣才是光電流流動的方向。怎么樣，是不是出乎意料之外？?另外，需要說明的是，接收光電管的光電流的產(chǎn)生是不需要外部施加電壓的。也就是在它兩端電壓為0時，它會主動輸出電流。

下面讓我們看一下這個電路工作情況。首先，這個仿真電路還有一個陷阱，那就是這里使用了標號，表示了電路的連接關(guān)系。如果沒有注意，很容易走入死胡同。輸入電壓經(jīng)過R2,R3分壓之后，加入到 U2 的正輸入端。這個通道是負反饋，將會使得 U2 的負輸入端的電壓等于正輸入端電壓。負反饋的過程是這樣的，首先，U2 正輸入端的電壓，會使得輸出電壓上升，進而通過三極管 Q1 給光耦提供輸入電流。光耦中輸入端的光電管，產(chǎn)生光電流。根據(jù)這個電流的方向，將會從 U3的負輸入端，通過 R10流出光電流。這個電流來自于 U3 的輸出電壓，經(jīng)過R4 提供的。U3 的輸出電壓是多少呢？實際上，就是 U2的正輸入端的電壓。這樣，我們就可以計算出光耦中光電管輸出電流的大小了。它等于輸入電壓，乘以這個因子。下面再對光耦后面的信號進行分析。

▲ 圖1.2.1 光電管電流

??這里，需要我們知道，光耦的兩個輸出光電管的電流是一樣的，這樣，第二個光耦所產(chǎn)生的電流，經(jīng)過U5放大之后，轉(zhuǎn)換成反向電壓，再經(jīng)過U4的反向放大，輸出同相的電壓。這是光電電流到輸出電壓之間的比例。將前后聯(lián)系起來，?這是輸出電壓的表達式。?這樣，我們就可以得到輸入輸出之間的比例關(guān)系。這是信號放大倍數(shù)。

根據(jù)電路中給定的參數(shù)，可以計算出電路的放大倍數(shù)為 1.6886。電路是同相放大。為了能夠放大負電壓，在電路中還設(shè)置了偏置電路，這兩個電路能夠使得輸入信號為 0 時，光耦中就有電流輸出。這樣，當輸入負的電壓信號時，電路也能夠輸出負電壓。由于時間有限，今天就先到這里。關(guān)于電路偏置的分析，下次再講。

※ 總??結(jié) ※

本文對一個光耦模擬隔離放大電路進行了初步分析。更好的理解最好是能夠通過實際電路進行測試。