專利名稱：模擬信號(hào)線性隔離放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置。
背景技術(shù)：
在礦井提升機(jī)狀態(tài)采集、傳輸系統(tǒng)中，不少情況下，傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸距離比 較遠(yuǎn)；而設(shè)備運(yùn)行環(huán)境一般都比較惡劣，電機(jī)、整流裝置等用電設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾， 高頻電源線的工頻干擾，測量系統(tǒng)和各單元電路之間的公共接地阻抗也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干 擾，以上這些干擾源都會(huì)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)難以正常工作；為解決 這些問題，通常采取許多復(fù)雜的抗干擾措施，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高，而且效果不佳。 因此，如何使傳感器信號(hào)能夠準(zhǔn)確可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，確實(shí)是一個(gè)極其重要而又實(shí)際 的問題。采用模擬信號(hào)進(jìn)行長線傳送，不管是雙極性電壓信號(hào)、電流信號(hào)，還是壓頻轉(zhuǎn)換后 的頻率信號(hào)，都容易受到外界電磁波的干擾；而且由于傳輸線路比較長，不可避免的要有線 路上的損失，這樣就難以保證傳送精度。因此數(shù)據(jù)的采集與傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的有效采集與正確傳輸是保證數(shù)據(jù)后處理與 分析的重要保障，而基于光電隔離的信號(hào)傳輸是目前采用最多的方法。常用隔離措施是采 用光電隔離器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行不共地傳輸。由于光隔離器件存在非線性，對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳遞 不存在問題，但是在對(duì)模擬信號(hào)傳輸時(shí)就存在非線性失真的問題，因?yàn)槟M信號(hào)的傳遞要 求即要地線隔離又要求保證嚴(yán)格的線性。在實(shí)際應(yīng)用中常先將模擬信號(hào)經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào)，再采用光電藕合器進(jìn)行數(shù)字量隔離。但這樣存在兩個(gè)問題首先經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換后需對(duì) 每位數(shù)據(jù)線進(jìn)行隔離，無疑需用多個(gè)光電耦合器。曾有學(xué)者采用壓/頻變換器和頻/壓變換器配合實(shí)現(xiàn)光電隔離方法。此法的缺點(diǎn) 是變換速度慢，小信號(hào)時(shí)誤差大等缺點(diǎn)。有學(xué)者采用了雙極性電源運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)了 0 5伏的線性隔離，它需有雙極性供電，因此對(duì)電源要求較高。還有學(xué)者利用差動(dòng)放大原理、深 度負(fù)反饋技術(shù)和可控恒流源電路設(shè)計(jì)的線性隔離放大電路，電路復(fù)雜，元件數(shù)量多，且同樣 要采用雙極性電源，不便在單電源場合實(shí)用。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高精度的模擬線性隔離放大電路，選用12V、1W小 型封裝隔離直流電源模塊，為隔離電路提供四路12V隔離直流電源，實(shí)現(xiàn)了多通道、高線性 的模擬信號(hào)線性隔離放大裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括同相放大器連接一光電耦合器，光電耦合器連 接電壓跟隨器，該光電耦合器的發(fā)光二極管串聯(lián)另一光電耦合器的發(fā)光二極管后，連接至 同相放大器的運(yùn)算放大器。所述兩光電耦合器集成在同一芯片內(nèi)。所述同相放大器包括電阻R1-R4、電容C和運(yùn)算放大器；在輸入電路中設(shè)置電阻Rl 連接運(yùn)算放大器的正極，電阻R2 —端接運(yùn)算放大器輸入端一端接地，電阻R3連接運(yùn)算放大器的負(fù)極且接地，電阻R4設(shè)置在運(yùn)算放大器的輸出端，電容C的兩端分別連接運(yùn)算放大器 的負(fù)極和輸出端。所述電壓跟隨器由一可調(diào)電位器和一運(yùn)算放大器組成，可調(diào)電位器一端連接該運(yùn) 算放大器的正極，另一端接地；該運(yùn)算放大器的負(fù)極連接輸出端。本實(shí)用新型采用同相放大器連接一光電耦合器，光電耦合器連接電壓跟隨器，該 光電耦合器的發(fā)光二極管串聯(lián)另一光電耦合器的發(fā)光二極管后，連接至同相放大器的運(yùn)算 放大器。同相放大器由若干個(gè)電阻、電容與運(yùn)算放大器連接構(gòu)成；電壓跟隨器由一可調(diào)電位 器和一運(yùn)算放大器組成，電壓跟隨器的輸入電壓是可調(diào)的，同相放大器的反饋是差分負(fù)反 饋的方案，克服了現(xiàn)有技術(shù)的各器件之間相互獨(dú)立造成線性誤差比較大的缺陷。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果1、采用的多通道模擬信號(hào)線性傳輸，解決了傳輸通道少，多路模擬信號(hào)需要多個(gè) 線性隔離裝置以及外接電源，造成安裝的不便，成本過高的問題。2、實(shí)現(xiàn)了多通道、高線性，在復(fù)雜噪聲環(huán)境下模擬信號(hào)的線性隔離傳輸。3、結(jié)構(gòu)簡單合理，制造方便，制造成本低。本實(shí)用新型適用于礦井提升機(jī)及類似產(chǎn)品的狀態(tài)采集和模擬信號(hào)傳輸。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2為本實(shí)用新型的電路圖。圖中1、同相放大器，2、光電耦合器，3、電壓跟隨器，4、可調(diào)電位器，5、運(yùn)算放大ο具體實(shí)施方式
如附圖圖1、圖2所示，一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，包括同相放大器1連接一 光電耦合器2，該光電耦合器2連接電壓跟隨器3，該光電耦合器2的發(fā)光二極管串聯(lián)另一 光電耦合器2的發(fā)光二極管后，連接至同相放大器1的運(yùn)算放大器5。兩光電耦合器2集 成在同一芯片內(nèi)。同相放大器1包括電阻R1-R4、電容C和運(yùn)算放大器5 ；在輸入電路中設(shè) 置電阻Rl連接運(yùn)算放大器5的正極，電阻R2 —端接運(yùn)算放大器輸入端一端接地，電阻R3 連接運(yùn)算放大器5的負(fù)極且接地，電阻R4設(shè)置在運(yùn)算放大器5的輸出端，電容C的兩端分 別連接運(yùn)算放大器5的負(fù)極和輸出端。電壓跟隨器3由一可調(diào)電位器4和一運(yùn)算放大器5 組成，可調(diào)電位器4 一端連接該運(yùn)算放大器5的正極，另一端接地；該運(yùn)算放大器5的負(fù)極 連接輸出端。[0021 ] 本實(shí)用新型利用TLP521-2型號(hào)的光電耦合器2中的兩個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)，使流過 兩個(gè)發(fā)光二極管的電流一樣，形成差分負(fù)反饋，補(bǔ)償光電耦合器2的非線性電流傳輸系數(shù)。 雖然光電耦合器2是非線性的，但兩光電耦合器2集成在一個(gè)芯片內(nèi)，可保證其特性一致， 非線性程度相同，故產(chǎn)生的誤差相互抵消。當(dāng)輸入模擬信號(hào)電壓Ui加在運(yùn)算放大器5的同 相輸入端，輸出信號(hào)電壓Ul的極性與Ui相同，經(jīng)過光電耦合器2反饋回的電壓U2送入運(yùn)算 放大器5的反向輸入端，此時(shí)凈輸入電壓明顯減小了，使得運(yùn)算放大器5的輸出電壓減小，增益隨之也減小。從而可以看出同相放大器引入的負(fù)反饋U2，通過光電耦合器2的反饋， 對(duì)放大電路起到自動(dòng)調(diào)整的作用，從而牽制了 Ul的變化，使得Ul經(jīng)光電耦合器2牽制了電 壓跟隨器3的輸入電壓U3的變化，最后達(dá)到輸出電壓Uo穩(wěn)定平衡。 設(shè)圖1中兩個(gè)光耦的電流傳輸系數(shù)分別為gl、g2，流過兩個(gè)光電耦合器2的發(fā)光 二極管的電流為I，兩個(gè)運(yùn)算放大器5為理想運(yùn)算放大器，利用其虛短、虛斷、輸入阻抗無窮 大的概念，導(dǎo)出I、Il和12的關(guān)系
權(quán)利要求1.一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，其特征在于它包括同相放大器(1)連接一光電耦 合器(2 )，該光電耦合器(2 )連接電壓跟隨器(3 )，該光電耦合器(2 )的發(fā)光二極管串聯(lián)另一 光電耦合器(2)的發(fā)光二極管后，連接至同相放大器(1)的運(yùn)算放大器(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，其特征在于所述兩光電耦 合器(2)集成在同一芯片內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，其特征在于所述同相放大 器(1)包括電阻R1-R4、電容C和運(yùn)算放大器(5)；在輸入電路中設(shè)置電阻Rl連接運(yùn)算放大 器(5)的正極，電阻R2 —端接運(yùn)算放大器輸入端一端接地，電阻R3連接運(yùn)算放大器(5)的 負(fù)極且接地，電阻R4設(shè)置在運(yùn)算放大器(5)的輸出端，電容C的兩端分別連接運(yùn)算放大器 (5)的負(fù)極和輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，其特征在于所述電壓跟隨 器(3 )由一可調(diào)電位器(4 )和一運(yùn)算放大器(5 )組成，可調(diào)電位器(4 ) 一端連接該運(yùn)算放大 器(5)的正極，另一端接地；該運(yùn)算放大器(5)的負(fù)極連接輸出端。
專利摘要一種模擬信號(hào)線性隔離放大裝置，采用同相放大器連接一光電耦合器，光電耦合器連接電壓跟隨器，該光電耦合器的發(fā)光二極管串聯(lián)另一光電耦合器的發(fā)光二極管后，反饋至同相放大器的運(yùn)算放大器；同相放大器由若干個(gè)電阻、電容與運(yùn)算放大器連接構(gòu)成；電壓跟隨器由一可調(diào)電位器和一運(yùn)算放大器組成，兩光電耦合器集成在同一芯片內(nèi)，電壓跟隨器的輸入電壓是可調(diào)的，同相放大器的反饋是差分負(fù)反饋的方案，克服了現(xiàn)有技術(shù)的各器件之間相互獨(dú)立造成線性誤差比較大的缺陷。適用于礦井提升機(jī)及類似產(chǎn)品的狀態(tài)采集和模擬信號(hào)傳輸。
文檔編號(hào)H03F1/32GK201830210SQ20102057820
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者伍濟(jì)鋼, 何寬芳, 何文彪, 李學(xué)軍, 沈意平, 王廣斌, 蔣伶莉 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)