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隔离放大器的基本参数、功能特色和使用剖析

隔离放大器的基本参数、性能特点和应用分析-在输入侧,输入信号VIN经调制后,以数字量的形式由差分电容耦合到输出侧。调制过程通过切换±100μA电流源来实现。

阻隔放大器可使用于高共模电压环境下的小信号丈量,对被测目标和数据收集体系予以阻隔,然后进步共模抑制比,一起维护电子仪器设备和人身安全。

阻隔放大器耦合方法的不同,可以分为变压器耦合、电容耦合和光电耦合三种。

选用变压器耦合的阻隔放大器有:

·BURR-BROWN公司(以下简称BB公司)的ISO212、3656

·Analog Devices 公司(以下简称AD公司)的AD202、AD204、AD210、AD215

选用电容耦合的阻隔放大器有:

·BB公司的ISO102、ISO103、ISO106、ISO107、ISO113、ISO120、ISO121、ISO122、ISO175

选用光电耦合的阻隔放大器有:

·BB公司的ISO100、ISO130、3650、3652

·惠普公司(以下称HP)的HCPL7800/7800A/7800B

其间,有一些阻隔放大器还供应了内置DC/DC变换器,以简化电路、节约空间、下降本钱、进步功能,给使用者供应更大的灵活性。这些阻隔放大器包含:

·BB公司的ISO103、ISO107、ISO113、ISO212、ISO213、3656(三端阻隔)

·AD公司的AD202、AD204、AD210(三端阻隔)、AD215

表1 列出了各种阻隔放大器的基本参数。

下面介绍几种具有代表性的阻隔放大器。

阻隔放大器的基本参数、功能特色和使用剖析

1 ISO 122

ISO122阻隔放大器的内部结构见图1。

在输入侧,输入信号VIN经调制后,以数字量的方法由差分电容耦合到输出侧。调制进程经过切换±100μA电流源来完成。

在输出侧,数字信号解调并滤除解调进程中发生的纹波,还原为模仿量信号输出。VOUT经20kΩ电阻反应到加法器与±100μA电流源归纳,然后使得VOUT平均值正比于VIN。输出端的采样坚持器则用于滤除解调进程中发生的固有纹波。

因为选用了数字化调制手法,阻隔栅的功能不会影响到模仿信号的完整性,所以有较高的可靠性和杰出的频率特性。

ISO122不需求外接其它元件就可以作业。其线性度优于0.02%,带宽50kHz。输入侧和输出侧各需求一组±15V电源(±4.5~±18V)。

2 AD202/204

AD202/204的内部结构见图2、图3。

AD202/204选用调幅手法,使用变压器将直流或沟通信号耦合到输出侧。

AD202/204的输入端内置一个独立的运算放大器,可以用作输入的缓冲、供应必要的增益,或许用作滤波器、加法器、I/V转化等等。关于有这类需求的电路来讲十分便利。

AD202/204内置一个DC/DC变换器,输出为±7.5V。可以供应电源给输入侧的运算放大器、调制器或其它电路。

AD202、AD204的差异在于:AD202直接由±15V电源驱动,而AD204由外部时钟供应电源。这样,在多通道情况下,几个AD204可以共用一个时钟源,下降了功耗和本钱,进步了带宽,一起其内置DC/DC也可以供应更大的功率输出。

3 3650、3652

BB公司的3650、3652为由线性光耦构成的阻隔放大器。

光电耦合器广泛用作数字电路中的阻隔,若用于模仿电路,则有显着的缺陷:一是非线性;二是稳定性遭到环境温度和时刻的影响。需求采纳特别方法加以处理。

3650、3652的作业原理可以由图4阐明。

由放大器A1,发光管CR1和光电管CR3构成负反应回路。I1=IIN=VIN/RG。光电管CR2和CR3是完全一致的,从CR1接收到的光量相同,λ1=λ2,则I1=I2=IIN。放大器A2与Rk(内置电阻1MΩ)构成

I/V转化器,VOUT=I2Rk,所以有:VOUT=VINRk/RG。

这样,因为担任反应回路的存在,处理了光电耦合器材非线性和不稳定的问题。只需CR2、CR3的一致功可以得到确保,信号的耦合就不会遭到光电器材功能的影响。

3650与3652的差异在于前者没有输入缓冲放大器,见图5。

4 HCPL7800/7800A/7800B

惠普公司的HCPL7800是选用了Σ-Δ AD采样技能的光电阻隔的另一种方法的阻隔放大器。其结构框图见图6。

在阻隔放大器输入侧,过采样模数转化器

Σ-ΔADC将输入的模仿信号转化为高速串行位流,其脉宽正比于信号的巨细。位流经处理后由光电管以光的方法传送到输出侧,在输出侧解调,并由数模转化器从头转化为模仿量,经滤波后输出。

经过Σ-ΔADC采样,将输入模仿质变换为位流,以数字脉冲的方法耦合到输出侧,光电器材的非线性和漂移问题得以处理,然后确保了阻隔放大器的功能。

5 阻隔放大器使用时的注意事项

5.1 消除噪声

除了由线性光耦构成之外,其他的阻隔放大器都选用了调制解调手法。在调制解调进程中不可避免地会发生一些噪声,噪声也会来自电源和被测目标。为了滤除这些噪声,在信号输入阻隔放大器之前和从阻隔放大器输出之后,设置相应的滤波回路是必要的。为了滤除调制解调进程中发生的固有噪声,滤波器的参数应依据阻隔放大器调制器的固有频率设置。在接近阻隔放大器的当地应设置电源去耦电容或许加π型滤波器。

大多数阻隔放大器没有内置DC/DC变换器,需求外部供应输入侧电源。挑选DC/DC变换器时,要和阻隔放大器的调制方法、调制频率结合起来考虑。较省力的方法是选用生产厂家引荐的调配,或许依据它引荐的DC/DC变换器的技能参数,寻觅相应的代用品。

5.2 下降辐射

变压器耦合阻隔放大器自身构成一个电磁辐射源。假如周围其它的电路对电磁辐射灵敏,就应设法予以屏蔽。例如3656的振动频率为750kHz,BB公司依据它的封装专门为它规划了屏蔽罩100MS。

5.3 线性光耦的死区

线性光耦构成的阻隔放大器,其发光管需求用电流来驱动。当输入信号较小时,驱动电流也较小,宣布的光弱小到或许不足以被光电管检测到。这样在VIN=0邻近就存在一个“死区”。为避免被测信号有或许落在这一区间,在信号进入阻隔放大器前应由偏置电路将原始信号举高,使得归纳之后的信号不或许落在这一区间。

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