光耦線性化與線性光耦器件的應用

　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用，并且指出了保證測試精度需要采取的措施。
關鍵詞：光耦；線性；反饋；模擬信號

1　引　言
在單片機測試系統的設計過程中，被測試對象信號的隔離對整個系統的正常工作具有重要作用。這里主要有兩方面的考慮：
（1）保護被測試對象和測試電路，使其不會因為被測試對象或測試電路的故障而影響整個系統的工作。
（2）減小環(huán)境干擾對測試電路的影響。為保護后級設備、保證測量結果的有效性，測試電路與被測電路必須做到嚴格的電氣隔離。
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行隔離傳輸時，由于光電耦合器內部發(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，光耦器件主要應用于數字信號的隔離，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；另一種是首先進行A／D轉換或V／F轉換，再用光耦進行隔離的方法，但處理過程較為復雜，并且不能使用單片機內置的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。當受光器接受光照時，產生電流輸出。由于電信號以光線為傳輸介質，因而實現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行隔離傳輸時，由于光電耦合器內部發(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)”實際上存在一定程度的非線性失真。
可以設想，如果采取措施使光耦器件的非線性問題得以改善，那么利用光耦進行模擬信號的隔離是可能的。根據以上假設，我們想到控制理論中反饋控制的特點，其中很重要的一點就是引入負反饋可以改善系統的線性度。
基于此想法，設計了如圖1所示的電路進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用，并且指出了保證測試精度需要采取的措施。