西安工程科技学院学报JournalofXi’anUniversityofEngineeringScienceandTechnology第20卷第6期(总82期)2006年12月Vol.20,No.6(SumNo.82)文章编号:16712850X(2006)0620778205四光耦线性隔离放大器原理及实验研究姚伟鹏,陈增禄,毛惠丰,詹佩(西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048)摘要:应用普通运算放大器LF353和普通光耦TLP521设计了一种新型线性隔离放大器.介绍了设计方案及其电路结构,并分析了其工作原理.实验结果验证了本设计方案的正确性.和同类放大器比较,该隔离放大器除了在性能上和集成模拟隔离放大器相接近外,还具有电路结构简单、易于实现、造价低廉等优点.关键词:隔离放大器;光电耦合器;运算放大器中图分类号:TN722文献标识码:A0引言隔离放大器按传输信号的类型不同,分为模拟隔离放大器和开关隔离放大器.模拟隔离放大器生产厂家较少,产品种类少,且产品的价格比较昂贵.开关隔离放大器的生产厂家较多,产品种类多,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.双通道隔离放大器,结构复杂,对于隔离间距有较高的要求[1].光电耦合隔离放大器对元器件参数有较高的要求[2].对于高压中使用的隔离放大器,制作过程相对复杂[3].本文提出一种四光耦隔离放大器电路,结构简单,且选用通用器件,易于实现.在线性隔离特性上,与专用集成模拟隔离放大器接近.1电路原理如图1所示,本三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),运算放大器选择通用运算放大器(LF353).通过这2种普通器件的搭配,所得到隔离放大器的性能和专用模拟隔离放大器的性能相近.1.1电路结构如图1所示,隔离放大电路由输入和隔离输出2部分构成,且2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.而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为4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.因此,一般的运放就可以满足输入部分带收稿日期:2006205211通讯作者:陈增禄(19572),男,山西省稷山县人,西安工程大学教授.E2mail:chen_zenglu@hotmail.com©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第6期四光耦线性隔离放大器原理及实验研究779图1隔离放大器原理图宽要求.所以,输入级的运算放大器选用普通运放,如LF353即可.隔离输出部分由OPT2、OPT4的光敏三极管OPT2_B、OPT4_B,电位器W1和输出电阻R6组成,由正电源VCC2、负电源VEE2供电.OPT2_B和OPT4_B为隔离输出,其电路结构和输入部分光敏三极管相似,为输出级提供电流.电位器W1用来调零.当两部分光耦的电流传输比有偏差时,会造成光耦LED电流相等而输出级电流差不相同,使得输出电压vo的零点产生漂移.调节电位器W1,可以消除这种由于光耦器件特性偏差所带来的零点漂移.R6为输出负载,它和电位器W1共同作用决定输出电压vo.由此知,设计选用普通光耦即可,如东芝公司的光电耦合器TLP521.1.2工作原理由图1知,正、负电源VCC1、VEE1为输入部分供电.电阻R3和R4为4个光耦的发光二极管提供工作电流,选R3=R4.在输入电压vi为0V时,节点M的输出电压VM=0V,设4个光耦的电流传输比分别为β1、β2、β3、β4,即有下式成立IR5=I3B+I4B=β3I2A+β1I1A=0(1)式中IR5为R5上的静态工作电流;I1A、I2A和I3B、I4B分别为静态时流过光耦OPT1_A、OPT3_A和OPT3_B,OPT1_B上的电