线性光耦的应用.doc

R201原理及其在检测
电路中的应用
西北机电工程研究所赵昕刘洪涛
摘要:HCNR201是HP公司生产的高线性度模拟光电耦合器,它具有很高的线性度和灵敏度,可在检测系统中精确地传送电压信号。R201的内部结构和工作原理,R201和运算放大器实现检测电压的隔离传输电路。
关键词:光电耦合器件;隔离;测量电路;HCNR201
1前言
在测试系统中,为了减少环境噪声对测试电路的影响,确保测量结果的准确性,往往将被测电路与测试电路在电气上进行隔离,这就需要光电耦合器。普通光电耦合器具有非线性电流传输特性,这对于数字量和开关量的传输不成问题,但对于模拟量的传输精度则很差。R201主要结构和工作原理。R201来精确地传送检测板所需的电压信号。并进行前向信道与后向信道的隔离,取得了满意的效果。
2 HCNR201的结构及工作原理
HCNR201光电耦合器是一种由三个光电元件组成的器件,主要技术指标如下:
●具有±5%的传输增益误差和±%的线性误差;
●具有DC~1MHz的带宽;
●绝缘电阻高达1013Ω,;
●耐压能力为一分钟5000V,最大绝缘工作电压为1414V;
●具有0~15V的输入/输出范围。
HCNR201光电耦合器的内部结构如图1所示,其中LED为铝***化镓发光二极管,PD1、PD2是两个相邻匹配的光敏二极管,这种封装结构决定了每一个光敏二极管都能从LED得到近似的光照,因而消除了LED的非线性和偏差特性所带来的误差。当电流流过LED时,LED发出的光被耦合到PD1与PD2,从而在器件输出端产生与光强成正比的输出电流。
在使用时,可将第3、4输出端与第1、2输入端一起接入控制回路,其中第3、4端的光敏二极管起反馈作用,它可将产生的输出电流再反馈到第1、2端的LED上,以对输入信号进行反馈控制。
3应用电路

R201的外围电路配置。其中IPD1和IPD2表示LED的输入电流IF和光敏二极管的反向电压处在额定值时光敏二极管中流过的电流。该电流的大小与IF有关。如果LED的输出光强发生改变,那么,放大器N1就会调节IF以进行补偿,并且在PD1、PD2上保持一个稳定的电流。
IPD1,IPD2的大小与IF的关系如下:

其中K1和K2分别为IPD1和IPD2随IF的变化参数,R201来说,其参数变化应是一致的,~。对于图2所示电路,其输入Vin=IPD1 R1,输出端Vout=IPD2 R2,故有Vout/Vin=KR2/R1。
由此可见,其输入与输出呈一种线性关系,且其隔离放大器的增益可通过调整R2与R1的比值来实现。
4在检测电路中的应用
在某随动检测系统中,需要用检测板对系统中的各电路板的参数进行监测,以对工作不正常的电路板给出故障指示,并用单片机来处理检测结果。由于实际工作环境比较恶劣,为了防止干扰信号由采集信道进入检测板及保证单片机系统工作正常,笔者采用光电耦合器来实现信号的传输。由于光电耦合器的发光二极管为电流驱动器件,因而应以电流环路的形式进行传送,而且电流环路是低阻抗电路,它对噪声的敏感度较低,因此提高了电路的抗干扰能力。有时干扰噪声虽有较大的电压幅度