高线性模拟光耦高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用原理及其在检测电路中的应用
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。文中介绍了高线性度模拟光耦HCNR201的内部结构和工作原理,给出了用HCNR201和运算放
大器实现检测电压的隔离传输电路。
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。本文介绍了HP公司生产的一种高线性度模拟光电耦合器HCNR201主要结构和工作原理。笔者曾在某随动
检测系统中使用HCNR201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±0.05%的线性误差;
●具有DC~1MHz的带宽;
●绝缘电阻高达1013Ω,输入与输出回路之间的分布电容为0.4pF;
●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为铝砷化镓发光二极管,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
3.1基本外围电路配置
图2是HCNR201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,对于HCNR201来说,其参数变化应是一致的,当典型值为1时的取值范围为
0.95~1.05。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。
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