光耦線性化與線性光耦器件的應(yīng)用

　摘　要：比較全面的介紹了光耦器件在模擬信號隔離測試中的應(yīng)用，并且指出了保證測試精度需要采取的措施。
關(guān)鍵詞：光耦；線性；反饋；模擬信號

1　引　言
在單片機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，被測試對象信號的隔離對整個系統(tǒng)的正常工作具有重要作用。這里主要有兩方面的考慮：
（1）保護(hù)被測試對象和測試電路，使其不會因?yàn)楸粶y試對象或測試電路的故障而影響整個系統(tǒng)的工作。
（2）減小環(huán)境干擾對測試電路的影響。為保護(hù)后級設(shè)備、保證測量結(jié)果的有效性，測試電路與被測電路必須做到嚴(yán)格的電氣隔離。
光電耦合器因其良好的性能和抗干擾能力而被廣泛地應(yīng)用于輸入和輸出信號的電氣隔離。但是，在利用光電耦合器的線性耦合直接對模擬信號進(jìn)行隔離傳輸時，由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級管和光敏三級管的伏安特性，使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上比較小并且存在一定程度的非線性失真。由于光電耦合器件非線性的輸入輸出特性所限，一般來講，光耦器件主要應(yīng)用于數(shù)字信號的隔離，而較少用于模擬信號的隔離。
目前對于模擬電信號的隔離主要有2種方法：一種是采用諸如霍爾器件等特殊傳感器，但其價格較貴；另一種是首先進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換或V／F轉(zhuǎn)換，再用光耦進(jìn)行隔離的方法，但處理過程較為復(fù)雜，并且不能使用單片機(jī)內(nèi)置的A／D口。如果能夠使用光耦器件完成對模擬信號的隔離，無疑是很有意義的。

2　普通光耦器件的線性化使用
光電耦合器由發(fā)光器和受光器2部分組成，發(fā)光器是一個發(fā)光二級管，受光器是一個光敏三級管，二者密封在同一管殼內(nèi)。當(dāng)受光器接受光照時，產(chǎn)生電流輸出。由于電信號以光線為傳輸介質(zhì)，因而實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出信號在電氣上的良好隔離。但是，在利用光電耦合器的線性耦合直接對模擬信號進(jìn)行隔離傳輸時，由于光電耦合器內(nèi)部發(fā)光二級管和光敏三級管的伏安特性，使得光電耦合器的“線性區(qū)”實(shí)際上存在一定程度的非線性失真。
可以設(shè)想，如果采取措施使光耦器件的非線性問題得以改善，那么利用光耦進(jìn)行模擬信號的隔離是可能的。根據(jù)以上假設(shè)，我們想到控制理論中反饋控制的特點(diǎn)，其中很重要的一點(diǎn)就是引入負(fù)反饋可以改善系統(tǒng)的線性度。
基于此想法，設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路進(jìn)行模擬量的隔離測量。
在本電路中，使用了2個普通光耦器件和2個運(yùn)算放大器，2個光耦一個用于輸出，一個用于反饋，反饋用來補(bǔ)償發(fā)光二極管時間、溫度特性的非線性。下面我們來分析一下電路的工作原理。

比較全面地介紹了光耦器件在模擬信號隔離測試中的應(yīng)用，并且指出了保證測試精度需要采取的措施。