线性光电隔离电路的设计

2 深度负反馈电路设计
使用深度负反馈可以改善系统的线性度，根据这个原理，在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521-2光耦和2片LM2904集成运放。LP521-2有两路光耦，其中一路用于信号转换，一路用于负反馈；运放2904-1A用于用于组成负反馈电路，运放2904-2A构成了电压跟随器，用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。
电路输出电压和输入电压是线性关系：LP521-2的两路光耦通道的发光二极管串联，通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中，光电特性基本一致，理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等，即Ice1=Ice2。
根据理想运放的性质，可以得到下面的公式：

所以Vo=(R2／R1)Vi，输出电压和输入电压成正比，比例系数由R1和R2确定。

3 电路具有输出保护功能
输出电压Vo=Vcc-Vce，其中，Vce为光敏三极管c，e极的压降，所以，当输入电压很大时，输出电压Vo的值也不会超过Vcc。这样就保护了后续电路，不受冲击电压的影响。增大Vcc可以增大隔离电路的量程。

4 电路静态特性
使用可调稳压电源产生各种一系列不同电压加光电隔离电路输入端，并使用高精度数字万用表测量电路的输入／输出值，得到电路输入输出特性。表1列出了输入输出的典型值。(R1=R2=1 kΩ，Vcc=12 V)。根据试验数据得到电路的输入输出曲线，如图4所示。

使用线性拟合，得到电路的理想特性曲线为：y=1．005 3x+0．003，线性度为0．014％。

5 结 语
光电隔离是模拟信号采集的一项关键措施，在此设计了线性光电隔离电路，该电路能实现模拟信号的隔离。当输入电压在在0～5 V范围内时，输出误差最大为27 mV，线性度达到0．014％。