線性光電隔離電路的設計

2 深度負反饋電路設計
使用深度負反饋可以改善系統的線性度，根據這個原理，在此設計了模擬信號的光電隔離電路。在該電路中使用了1片LP521-2光耦和2片LM2904集成運放。LP521-2有兩路光耦，其中一路用于信號轉換，一路用于負反饋；運放2904-1A用于用于組成負反饋電路，運放2904-2A構成了電壓跟隨器，用于增加電路帶負載能力。模擬信號光電隔離電路如圖3所示。
電路輸出電壓和輸入電壓是線性關系：LP521-2的兩路光耦通道的發光二極管串聯，通過2個二極管的電流If1=If2。因為兩路光耦封裝在1個器件中，光電特性基本一致，理想情況下可以認為兩路光耦的集電極輸出電流相等，即Ice1=Ice2。
根據理想運放的性質，可以得到下面的公式：

所以Vo=(R2／R1)Vi，輸出電壓和輸入電壓成正比，比例系數由R1和R2確定。

3 電路具有輸出保護功能
輸出電壓Vo=Vcc-Vce，其中，Vce為光敏三極管c，e極的壓降，所以，當輸入電壓很大時，輸出電壓Vo的值也不會超過Vcc。這樣就保護了后續電路，不受沖擊電壓的影響。增大Vcc可以增大隔離電路的量程。

4 電路靜態特性
使用可調穩壓電源產生各種一系列不同電壓加光電隔離電路輸入端，并使用高精度數字萬用表測量電路的輸入／輸出值，得到電路輸入輸出特性。表1列出了輸入輸出的典型值。(R1=R2=1 kΩ，Vcc=12 V)。根據試驗數據得到電路的輸入輸出曲線，如圖4所示。

使用線性擬合，得到電路的理想特性曲線為：y=1．005 3x+0．003，線性度為0．014％。

5 結 語
光電隔離是模擬信號采集的一項關鍵措施，在此設計了線性光電隔離電路，該電路能實現模擬信號的隔離。當輸入電壓在在0～5 V范圍內時，輸出誤差最大為27 mV，線性度達到0．014％。