1 引 言
在工业丈量和操控体系中，为避免外界的各种搅扰，有必要将丈量体系和计算机体系进行电气阻隔。常用的阻隔办法有变压器阻隔、电容耦合阻隔和光耦阻隔。与变压器阻隔、电容耦合阻隔比较，光耦体积小，价格便宜，阻隔电路简略且能够彻底消除前后级的彼此搅扰，具有更强的抗搅扰才能。
关于数字信号的阻隔，运用一般的光耦器材阻隔就能到达很好的效果。但是一般的光耦具有较大的非线性电流传输特性且受温度改变的影响较大，关于模仿信号的传输其精度和线性度难以满意体系要求。为了能更精确地传送模仿信号，用线性光耦阻隔是最好的挑选。线性光耦输出信号随输入信号改变而成份额改变，它为模仿信号传输中阻隔电路的简略化、高精度化带来了便利。
本文以avago公司的hcnr201线性光耦为例阐明线性光耦的内部原理及阻隔电路的原理。
2 hcnr201线性光耦阻隔原理
线性光耦hcnr201内部结构原理如图1所示。hcnr201由一个高功能发光二极管led和两个相邻匹配的光敏二极管pd1和pd2组成，这两个光敏二极管有彻底相同的功能参数。led是阻隔信号的输入端，当有电流流过期就会发光，两个光敏二极管在有光照耀时就会发生光电流，hcnr201的内部封装结构使得pd1和pd2都能从led得到近似光照，且感应出正比于led发光强度的光电流。光敏二极管pd1起负反应效果用于消除led的非线性和差错特性带来的差错，改进输入与输出电路间的线性和温度特性，安稳电路功能。光敏二极管pd2是线性光耦的输出端，接纳由led宣布的光线而发生与光强成正比的输出电流，到达输入及输出电路间电流阻隔的效果。正是hncnr201内部的封装结构、pd1与pd2的严厉份额联系及pd1负反应的效果确保了线性光耦的高安稳性和高线性度。
图1 线性光耦hcnr201内部结构
3 线性光耦hcnr201阻隔电路
3.1 作业原理
hcnr201的led、pd1及运放a1等组成阻隔电路的输入部分，pd2及运放a2等组成阻隔电路的输出部分。设阻隔电路输入电压为vin，输出电压为vout，led上电流为if，二极管pd1上发生的电流为ipd1，二极管pd2上发生的电流为ipd2，如图2所示。
图2 线性光耦hcnr201模仿电压阻隔电路
阻隔电路中pd1形成了负反应，当有电压vin输入时，运放a1的输出使led上有电流if流过，且输入电压的改变体现在电流if上，并驱动led发光把电信号转变成光信号。led宣布的光被pd1探测到并发生光电流ipd1。一起，输入电压vin也会发生电流流过r1。假定a1是抱负运放，则没有电流流入a1的输入端，流过r1的电流将会流过pd1到地，因而，ipd1=vin/r1。留意，ipd1只取决于输入电压vin和r1的值，与led的光输出特性无关。又因led宣布的光一起照耀在两个光敏二极管上，且pd1和pd2彻底相同的，抱负情况下ipd2应该等于ipd1。界说一个系数k，有ipd1=kipd2，k约为1±5%(当芯片制造完成后随之确认)。运放a2和电阻r2把ipd2转变成输出电压vout，有vout=ipd2r2，组合上面的3个方程得到输出电压和输入电压联系：vout/vin=kr2/r1，因而，输出电压vout具有安稳性和线性，其增益可通过调整r2与r1的值来完成，一般取r1和r2的值相同。
阻隔电路中电阻r1起限流效果。r3用于操控led的发光强度，从而对操控通道增益起必定效果。电容c1、c2为反应%&&&&&%，用于进步电路的安稳性。运算放大器a1的效果是把电压信号转变成电流信号，运算放大器a2的效果是把光耦输出的电流信号转变为电压信号，并增强负载驱动才能。
3.2 留意事项
(1) 要完成信号的彻底阻隔，不只信号自身要阻隔，供应阻隔前后电路作业的电源也需求阻隔。电路中前后级运放选用了独立的电源供电，起到阻隔搅扰的效果。
(2) 因为线性光耦引进反应机制，所以阻隔电路不适用于被测信号改变太快或频率很高的场合。
4 阻隔电路在pt100电路中的使用及试验剖析
4.1 试验条件
本试验将线性光耦hcnr201阻隔电路使用于pt100测温电路中。pt100铂电阻是一种常用的温度传感器，其电阻值与环境温度出现挨近线性的联系，只需测出pt100的阻值即可换算出被测温度值。pt100测温电路将pt100铂电阻阻值的改变转化为电压信号，通过a/d转化后传输给单片机体系处理成果来取得丈量温度值。选用线性光耦阻隔电路对pt100测温电路进行阻隔，避免外界搅扰的一起，为确保温度丈量成果的准确性，还有必要到达高精度的传输丈量信号，即阻隔电路前后电压共同，才满意实践使用的要求。试验电路原理图如图3所示。
图3 pt100测温电路阻隔原理图
4.2 电路参数值的选取
(1) 运算放大器的选取
线性光耦hcnr201为电流驱动型器材，其led的作业电流为1ma～40ma，运放器的选取有必要确保其输出电流有满足的驱动才能驱动led二极管。电路选用运放lmv321,其输出电流可达40ma。
(2) 电阻参数的选取
为了确保传输精度，外围元件应挑选安稳性较好的器材。电阻选用精度为1‰的金属膜电阻。电阻的选型需求考虑运放的线性规模和线性光耦的最大作业电流ifmax。假定确认vcc1=5v，pt100测温电路的输入电压在0″5v之间，阻隔电路输出电压等于输入电压。下面给出参数确认的进程。
