高速開關(guān)光耦隔離電路設(shè)計

1、 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目：高速開關(guān)光耦隔離電路1.2 設(shè)計要求 1.2.1設(shè)計目的：（1）掌握非線性光耦隔離電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2基本要求：（1）輸入信號為方波，幅度3V，頻率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信號延遲時間<100us;（3）輸出信號上升及下降時間占有方波周期的5%以下；（4）輸出信號幅度06V，電流驅(qū)動力不低于1mA。1.2.3發(fā)揮部分：（1）信號帶寬升至10Mb/s；（2）幅度可調(diào)；（3）其他。2 時間進度安排順序階段日期計 劃 完 成 內(nèi) 容備注1講解主要設(shè)計內(nèi)容，學生根據(jù)任務(wù)書做出原始框圖打分2檢查

2、框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯誤打分3檢查邏輯圖并指出錯誤及糾正；講解接線圖繪制及報告書寫打分4繼續(xù)修正邏輯圖，指導接線圖繪制方法，布置答辯打分5答辯、寫報告打分16 一 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目：高速開關(guān)光耦隔離電路1.2 設(shè)計要求1.2.1設(shè)計目的：（1）掌握非線性光耦隔離電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2基本要求：（1）輸入信號為方波，幅度3V，頻率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信號延遲時間<100us;（3）輸出信號上升及下降時間占有方波周期的5%以下；（4）輸出信號幅度06V，電流驅(qū)動力不低于1mA。1.2.3發(fā)揮

3、部分：（1）信號帶寬升至10Mb/s；（2）幅度可調(diào)；（3）其他二 設(shè)計思路輸入幅度為3V頻率為500Hz的方波信號，首先通過電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，然后通過光耦起隔離反相放大的作用，再經(jīng)過儀用放大器起反相放大的作用，最后經(jīng)過同相放大器起同相放大的作用并輸出幅度為6V頻率為500Hz的方波信號。第一個部分為電壓跟隨器。電壓跟隨器在電路中起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。第二部分為光耦隔離電路。光電耦合器是一種將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號并進行傳導，然后又將光信號轉(zhuǎn)換為電信號進行輸出。它屬于一種電光電轉(zhuǎn)換元件。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到將輸入、輸出隔離的作用。由于光耦的輸入、

4、輸出互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好抗干擾能力且工作穩(wěn)定、傳輸效率高。光耦在電路中起隔離反向放大的作用。第三部分為儀用放大器。儀用放大器在電路中起反相放大的作用。第四部分為同相放大電路。同相放大電路在電路中起同相放大的作用。以上就是我設(shè)計的由四部分組成的高速開關(guān)光耦隔離電路。三 設(shè)計方框圖儀用放大器光耦電壓跟隨器信號輸入信號輸出同相放大器從整個電路來看，輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波信號，首先進入電壓跟隨器。利用電壓跟隨器的作用即緩沖、隔離、提高帶載能力，使電路前后匹配。輸入信號經(jīng)電壓跟隨器后流經(jīng)光耦。利用光耦的作用即隔離反相放大，使光耦的輸出端與輸入端實現(xiàn)電信號的隔

5、離。并將信號做放大處理，輸出信號反相。接下來是信號的放大。首先信號經(jīng)儀用用放大器。利用儀用放大器的作用即反相、放大。輸出信號反向，并合理選擇電阻的數(shù)值，使信號以一定的增益輸出。然后信號經(jīng)同相放大器。利用同相放大器的作用即同相、放大。輸出信號同相，并合理選擇電阻的數(shù)值，使信號以一定的增益輸出。最后輸出幅度為6V，頻率為500Hz的方波信號。四 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算4.1電壓跟隨器電壓跟隨器輸入信號為幅度為3V,頻率為500Hz的方波，電壓跟隨器的電壓增益Av=1，且同相。輸入電阻Ri趨于無窮大，輸出電阻Ro趨于零。其輸出信號的幅度為3V，同相，頻率為500Hz。4.2光耦輸入光耦的信號的幅度

6、為3V，頻率為500Hz，根據(jù)光耦這一元件的自身特性，光耦起到了隔離反相放大的作用，其輸出信號的幅度為2.5V，反相，頻率為500Hz。4.3儀用放大器R1R2R2R3R3R4R4輸入儀用放大器的信號的幅度為2.5V，頻率為500Hz。如圖所示，儀用放大器的增益Av=-R4/R3(1+2R2/R1)。輸出信號的幅度為1.5V，反相，頻率為500Hz。4.4同相放大器R1R2輸入同相放大器的信號幅度為1.5V,頻率為500Hz。如圖所示，同相放大器的增益Av=1+R2/R1，即Av=1+150/50=4。因為1.5×4=6所以輸出信號的幅度為6V，同相，頻率為500Hz。五 工作過程分

7、析5.1電壓跟隨器輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波，并通過電壓跟隨器。電壓跟隨器的增益等于1，但其輸入電阻趨于無窮大，而其輸出電阻趨于零，故在電路中作為阻抗變換器或緩沖器，起到緩沖、隔離、提高帶載能力的作用5.2光耦 信號經(jīng)第一部分電路即電壓跟隨器進入第二部分電路即光耦。光耦是一種將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號并進行傳導，然后又將光信號轉(zhuǎn)換為電信號進行輸出。它屬于一種電光電轉(zhuǎn)換元件。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到將輸入、輸出隔離的作用。由于光耦的輸入、輸出互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好抗干擾能力且工作穩(wěn)定、傳輸效率高。光耦在電路中起隔離反向放大的作用5.3 儀用放大器信號經(jīng)

8、第二部分電路即光耦進入第三部分電路即儀用放大器。儀用放大器是一種反相放大電路。由三個集成運放通過一定的連接組成，在電路中起到反相放大的作用5.4 同相放大器信號經(jīng)第三部分電路即儀用放大電路進入第四部分電路即同相放大電器。同相放大器在電路中起到同相放大的作用。其電壓增益Av=1+R8/R9。經(jīng)同相放大器后輸出幅度為6V頻率為500Hz的方波5.5 高速開關(guān)光耦隔離電路的電路圖及仿真高速開關(guān)光耦隔離電路的電路圖仿真過程輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波。 信號經(jīng)第一部分電路即電壓跟隨器后輸出波形圖如下信號經(jīng)第二部分、第三部分電路即光耦及儀用放大器后輸出波形如下信號經(jīng)第四部分電路即同相放大電路后輸出波形如下電壓表測量數(shù)據(jù)如下 5.6電路調(diào)試技術(shù) 1.分別將四個部分的電路接好 進行測試、觀察。2.將四個部分的電路接好，進行整體測試、觀察。 3.針對示波器顯示的波形，和各方面數(shù)據(jù)的測試，分析出現(xiàn)問題的原因，對各部分電路逐個排查校驗，直至輸出信號滿足要求。六 元器件