線性光電隔離電路的設計

摘要：光電隔離是數據采集和控制系統抗干擾的一項重要措施，由于光電耦合器件的非線性，對模擬量的光電隔離會帶來較大信號失真。為了提高光電隔離電路的線性度，采用負反饋方法把光耦器件的輸出電流反饋輸入端。進行光電隔離電路的靜態特性試驗。試驗結果表明：當輸入信號在0～5 V時，光電隔離電路的輸出失真最大為27 mV，線性度為0．014％。
關鍵詞：光電隔離；模擬信號；線性度；負反饋；靜態特性

在工業現場模擬信號的采集過程中，抗干擾是首先要解決的問題。如果不經隔離，各種電磁干擾信號就會和被測信號一起進入測量系統。干擾信號疊加在被測信號上，一方面降低了測量的準確度；另一方面，尖峰電磁脈沖將會給后級電路系統帶來嚴重的破壞。所以，模擬信號必須和后級的采集電路在電氣上完全隔離。光電耦合器件利用光電轉換，使用光信號進行信號傳輸，抗干擾能力強，性能良好，被非常廣泛的應用在數傳和采集系統信號隔離中。但是光電耦合器件由于發光二級管和光敏三極管的伏安特性，非線性失真非常嚴重，一般僅僅應用在數字信號的隔離中，對于模擬信號，不能直接使用光電耦合器件來進行隔離。對于數字光耦，可以使用反饋改善其輸入輸出的線性度，從而使用數字光耦得到模擬光電隔離電路。在此使用數字光耦TLP521-2和集成運放LM2904設計了深度負反饋電路，大大提高了光耦的線性度。試驗表明：使用用數字光耦，經過負反饋電路設計，可以實現高精度的信號隔離。

1 數字光耦TLP521-2
TLP521-2是東芝公司的數字光耦器件，該芯片內部封裝了兩路獨立的光耦，每一路光耦由一個發光二級管和一個光敏三極管組成。耦合原理：當給發光二級管加正向電壓時，二極管導通發光，光線照射在光敏三極管的感光面上；如果同時給三極管的CE級加正向電壓，則三極管的CE級產生集電極電流輸出。TLP521-2內部結構和管較排列如圖1所示。

由于二極管和三極管的伏安特性，光敏三極管集電極電流Ic和發光二極管正向電壓Vf不是線性的，曲線圖如圖2所示。