光耦隔離放大電路

該電路對各路信號進行放大、校正,供A/D轉換使用。我們采用線性光耦合放大電路。線性光耦合器件TIL300的輸入輸出之間能隔離3500V的峰值電壓,可以有效地將測量通道與計算機系統隔離開來,使計算機系統避免測量通道部分較高電壓的危害,對信號放大的線性度也很好。

多路輸入和信號調理電路如圖1所示。

圖1中TIL300是光線光耦合器件,適合交流與直流信號的隔離放大,主要技術指標如下：

*帶寬>200kHz;

*傳輸增益穩定度為±0.05%/℃;

*峰值隔離電壓為3 500V。

C104是0.1μF的獨石電容,防止電路產生震蕩。TIL300內部D0是發光二極管,其電流工作點If可選為10mA。D1、D2為光敏二極管,它們受D0的激發分別產生電流Ip1和Ip2,其大小與If有關：

Ip1=K1·If

Ip2=K2·If

其中K1·If、K2·If表明Ip1,Ip2隨If的變化規律,可稱為光耦合函數。由于D1、D2用相同的工藝作成并與D0封裝在一起,因此,它們的光耦合函數的變化規律相當一致,故可設：

K=Ip2/Ip1=(K2·If)/(K1·If)    （1）

實際上可以把K看作常數,K的值是TIL300的電氣參數,典型值為1。參數取值范圍為0.75～1.25。
U1構成一個負反饋放大器,其同相輸入端和反相輸入端的電壓應近似相等,即滿足式（2）：

Vi≈Ip1·R1     （2）

U3是一個射極跟隨器,輸入阻抗很高,輸出電壓Vo等待輸入端電壓：

Vo≈Ip2·R2     (3)

于是高壓隔離線性光耦合放大電路的增益可由式（4）計算：

Vo/Vi=(Ip2/Ip1)·(R2/R1)=K(R2/R1)     (4)

由于被測量的蓄電池電壓是由R3、R4、R5分壓后輸入U1同相端的,所以

Vi=E·[R5/R3+R4+R5]]     (5)

E是蓄電池的端電壓,由此可得：

Vo=K·(R2/R1)·[R5/(R3+R4+R5)·E     (6)

式（6）表明Vo與E是線性關系。

I+12V是個獨立電源,用于U1和TIL300的輸入部分;±12V也是個獨立電源,用于U3和TIL300的輸出部分。這兩個電源的隔離對電路的高壓隔離性能有很大影響,應選用電源變壓器中兩組彼此有良好絕緣的線圈來制作。

微型繼電器輸入端串接的50Ω電阻是測量回路中的限流電阻、防止意外短路或絕緣不良產生過大電流燒毀器件或毀壞蓄電池。由于U1運算放大器的輸入阻抗很高,50Ω限流電阻對測量精度無影響。這些限流電阻應選擇功率值大于1W的金屬膜電阻。

調節電位器R4可以適應不同端電壓的蓄電池。