隔離電路工作原理

　　由SLC800的LED，二極管PD1及運放U2A組成隔離電路的信號輸入部分，二極管PD2及電阻R10構成隔離電路的輸出部分。假定該隔離電路的輸入電壓為V_i，輸出電壓為V_o，SLC800的LED、PD1、PD2產生的電流分別為I_f、I₁、I₂，LED發(fā)光二極管與在PD1、PD2上產生的電流比分別為K₁、K₂，同時PD1與PD2的電流比定為K₃^[2]。當電壓信號經過R₇→U2A+→R₈→LED→PD1→U2A-/R₉，此時運放U2A正好工作于深度負反饋中，使得SLC800產生一個穩(wěn)定的輸出。

　　從SLC800數(shù)據(jù)手冊可知，I₂=K₃*I1，I₁=K₁*I_f，由于I_f=V_i/R₈，V_o=I₂*R₁₀，故：

　　V_o=K₁*K₃*(R₁₀/R₈)*V_i (3)

　　式(3)中K₁和K₃為每個芯片的特性參數(shù)^[2]，因此根據(jù)輸入信號范圍可適當選取R₈和R₁₀的阻值，以獲取合適的輸出電壓范圍。隔離電路中R₈不僅用于調節(jié)電流I_f大小，同時還用來調節(jié)由于芯片之間K值的分散度而導致的SLC800實際輸出電壓與設計值之間的偏差。

　　線性輸出電路

　　線性輸出電路主要是實現(xiàn)線性電流的輸出和調節(jié)整個變送模塊的輸出零點與量程。其構成及具體功能如下：

　　可調電阻R₂₁和U3A組成線性輸出電路的調零電路。2.5V直流參考電壓從穩(wěn)壓管TL431獲得，通過可變電阻器R₂₁分壓調節(jié)整個電路最終輸出電流的零點。U3B用作光耦SLC800輸出的直流電壓V_o(見圖4)的輸入緩沖器，用來提高信號輸入阻抗，降低信號的負載。

　　運放U3A、U3B、U4A構成同相求和電路，可調電阻R₂₂為線性輸出電路的量程調節(jié)電阻器。U4B與R₁₇、R₁₈、Q₁構成深度負反饋，實現(xiàn)輸出直流電流與輸入信號成線性關系的功能。具體原理圖詳見圖5。

　　隔離電源

　　信號隔離不僅需要信號回路的前后級隔離，同時也要把信號回路前后級的供電隔離，這樣以避免因干擾通過供電電源對后級輸出產生影響。本次設計采用的隔離電源是金升陽公司生產的A1209D-2W，它具有體積小，隔離電壓高，溫度特性好等優(yōu)點^[4]。

　　測試結果

　　分別選正弦波、三角波、鋸齒波3種不同交流信號作為輸入，此次測試輸入的有效值為0～1.2V，測試結果顯示整個電路誤差保持在0.1%之內，滿足了一般現(xiàn)場的精度要求，測試數(shù)據(jù)詳細見表1。

　　結束語

　　經過多次測試和現(xiàn)場用戶使用反饋，該模塊不僅精度高、線性度好而且穩(wěn)定。同時其體積比較小，對現(xiàn)場空間要求不高，便于安裝。模塊中所用的器件多為通用元件，價格低且易于購買，大量使用時具有明顯的成本優(yōu)勢。使其不僅可以作為獨立儀器使用，也可嵌入到現(xiàn)有的直流輸入儀表及數(shù)據(jù)采集單元中，擴展其信號輸入種類。因此，在解決交直流信號轉換問題上該模塊具有很好的應用空間和市場價值。

　　參考文獻：
　　[1]童詩白,模擬電子技術基礎[M].第二版.北京:高等教育出版社,1998
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