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1、齐齐哈尔大学毕业设计（论文）3.3.3 HCNR200/201 性能描述HCNR200/201 是一种高线性度模拟光电耦合器，如图 3-7 所示，它由一个 AlGaAs制作成的高性能发光二极管和两个结构相同的光电二极管组成。发光二极管具有稳定的光输出，可用来监控。两个光电二极管可以同时接收发光二极管输出的信号。HCNR200/201 采用先进的封装形式，保证了光耦的高线性度和稳定的增益特性。图 3-7 HCNR200 封装图HCNR200/201 可以用于隔离模拟信号,具有良好的稳定性、线性度、频带宽和低成本等特性。HCNR200/201 具有非常灵活的特性,可设计相应的应用电路，能够在许多不
2、同的模式下进行操作,包括:单极/双极、ac / dc 和反向/正向。HCNR200/201 很好的解决了许多模拟隔离问题。HCNR200/201 产品特点有非线性度高，数值为 0.01%；HCNR200 传递增益(IPD2 / IPD1K3)为15%，HCNR201 的传递增益为5%；增益温度系数为-65ppm / ；带宽 1 兆赫；封装形式分为 8 引脚 DIP 和贴片两种；HCNR200/201 允许灵活的电路设计。齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图 3-8 HCNR200 内部管脚图HCNR200/201 主要应用在低成本的模拟信号隔离、工业过程控制、电子反馈回路、监测电机电源电压、医疗等领
3、域。其内部结构图如图 3-8 所示。图 3-8 说明了 HCNR200/201 是一种高线性度的光耦。它由一个发光二极管(LED)和两个同种工艺的光电二极管组成。其中一个光电二极管(PD1)在隔离电路的输入部分，另一个光电二极管(PD2)构成隔离电路的输出部分。由于光耦的封装,使每一个光电二极管可从 LED 上接收大致相同数量的光线。放大器与 PD1 组成的外部反馈电路可用来监控发光二极管（LED）发出的光，并且可以补充流过 LED 的电流起到对 LED 的调节作用。使得 LED 输出的光信号更加稳定，当 PD2 接收到光信号后，可以再通过另一个运算放大器把接收到的电流信号转化为电压信号。图
4、3-9 HCNR200 功能分析图如图 3-9 所示，运用 HCNR200/201 光耦实现了一个简单的隔离放大电路。该电路由 HCNR200/201 高精度线性光耦和两个电阻组成，这个电路虽然简单，但是正常功能是非常有用的。如图 3-10 所示，是由该电路和几个电容元器件组成的实际隔离放大电路。图 3-10 HCNR200 功能分析图从图 3-9 的输入部分电路我们不能明显的观察到隔离的效果。简而言之，集成运放 A1 可以调节流过 LED 的电流，PD1()可以维持集成运放输入端保持在 0 V。例1PDI如，提高输入电压，使得集成运放 A1 的同向输入端由负值接近 0V，使得增大，1PDI齐
5、齐哈尔大学毕业设计（论文）由于 PD1 把同向输入端和地连接在一起，使得输入信号导入地面，同向输入端输入继续增加，接近 0V，如果 A1 是理想运放，则 A1 的输入为 0 ，因此所有的电流流经PD1、R1。所以，等于。1PDI1INVR从本质上讲，如果是这样，A1 调整放大器11PDINVIR由此可知，的大小仅取决于输入电压的大小、R1 的阻值和 LED 的发光强度。1PDI如果 LED 的发光强度随温度的变化，那么就可以通过 A1 的调节使得流过 LED 的电流If 和流过 PD1 的电流保持恒定，电流和输入电压 Vin 成正比，即能得出输入电压1PDIVin 和电流的线性关系。1PDI发
6、光二极管的输入光功率和输入电流 If 保持线性关系。因此 LED 的发光强度完全由输入电流 If 决定，因此流过、的电流也更加稳定。1PDI2PDIHCNR200 的封装形式决定了落在两个光电二极管 PD1、PD2 上光的数量，以及、的比值。在一定时间和稳定的温度下，流过两个光电二极管电流的比值可以1PDI2PDI表示为一个常数 K，那么21PDPDkI I集成运放 A2 和电阻 R2 组成了一个放大器把电流转化为电压，即22PDOUTVIR上述三个方程联立，即可表示出输入电压和输出电压之间的关系：21OUTINkVVR R因此，由于 LED 的独立稳定的输出特性，Vin 和 Vout 之间的
7、关系不变。可以通过调节 R1 、R2 之间的比值调节运算放大电路的比率。而流过两个光电二极管电流的比值可以认为是定值。k如图 3-9 所示电路图是为了解释电路的基本操作而简化的电路。而图 3-10 所示电路图，是一个实际的电路图，需要添加其他元器件稳定输入部分流过 LED 的电流，从而优化电路的性能。5-8齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图 3-11 交流信号隔离电路如图 3-11 所示双极型模拟信号隔离电路仅由一个线性光耦构成，可产生两个输出信号：输出的模拟信号与输入信号成正比，输出的数字信号可以判断输入信号正负。该电路为非常实用的应用电路，在交流信号隔离电路中应用在输出部分，该电路的主要优势是
8、具有良好的线性度和偏移量，而运用单一运放，则没有平衡调节的作用。为了得到高精度的双极性线性信号，以及通过下面极性判断电路得到相对应的正负极性判断情况。从这条支路上可获得高线性度的信号，利用单光耦 TP-521 和一个输入电阻，保证了和主电路相同的变化，能够判断出输入信号的正负极性，交流信号隔离电路得到的信号，与极性判断电路得到的信号极性有一定的差异，是本电路的难点之一。交流信号隔离电路非常类似于上文所示电路。如上所示，只运用一个线性光耦。因为运用二极管可以实现电流的单向流动，电路中运用两个二极管（D1 和 D2） ，当输入为正向时，信号通过 D1 通向集成运放 A1；当输入信号为负向时，信号通过 D2 通向集成运放 A2。在通常情况下，正向电压下降将会导致二极管出现非线性和精度问题。然而，如果再加一个运算放大器，可以为电路提供一个合适的偏置电压，并且减弱有二极管引发的精度问题。二极管 D3 和 D4 在电路中起到的作用不同，D3 和 D4 可以保持通过运算放大器的信号极性独立，而且它们输出信号的之间压降决定发光二极管 PD1 的发光强度。
