交流信號轉(zhuǎn)直流信號電路設(shè)計(jì)

　　隔離電路工作原理

　　由SLC800的LED，二極管PD1及運(yùn)放U2A組成隔離電路的信號輸入部分，二極管PD2及電阻R10構(gòu)成隔離電路的輸出部分。假定該隔離電路的輸入電壓為V_i，輸出電壓為V_o，SLC800的LED、PD1、PD2產(chǎn)生的電流分別為I_f、I₁、I₂，LED發(fā)光二極管與在PD1、PD2上產(chǎn)生的電流比分別為K₁、K₂，同時(shí)PD1與PD2的電流比定為K₃^[2]。當(dāng)電壓信號經(jīng)過R₇→U2A+→R₈→LED→PD1→U2A-/R₉，此時(shí)運(yùn)放U2A正好工作于深度負(fù)反饋中，使得SLC800產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出。

　　從SLC800數(shù)據(jù)手冊可知，I₂=K₃*I1，I₁=K₁*I_f，由于I_f=V_i/R₈，V_o=I₂*R₁₀，故：

　　V_o=K₁*K₃*(R₁₀/R₈)*V_i (3)

　　式(3)中K₁和K₃為每個(gè)芯片的特性參數(shù)^[2]，因此根據(jù)輸入信號范圍可適當(dāng)選取R₈和R₁₀的阻值，以獲取合適的輸出電壓范圍。隔離電路中R₈不僅用于調(diào)節(jié)電流I_f大小，同時(shí)還用來調(diào)節(jié)由于芯片之間K值的分散度而導(dǎo)致的SLC800實(shí)際輸出電壓與設(shè)計(jì)值之間的偏差。

　　線性輸出電路

　　線性輸出電路主要是實(shí)現(xiàn)線性電流的輸出和調(diào)節(jié)整個(gè)變送模塊的輸出零點(diǎn)與量程。其構(gòu)成及具體功能如下：

　　可調(diào)電阻R₂₁和U3A組成線性輸出電路的調(diào)零電路。2.5V直流參考電壓從穩(wěn)壓管TL431獲得，通過可變電阻器R₂₁分壓調(diào)節(jié)整個(gè)電路最終輸出電流的零點(diǎn)。U3B用作光耦SLC800輸出的直流電壓V_o(見圖4)的輸入緩沖器，用來提高信號輸入阻抗，降低信號的負(fù)載。

　　運(yùn)放U3A、U3B、U4A構(gòu)成同相求和電路，可調(diào)電阻R₂₂為線性輸出電路的量程調(diào)節(jié)電阻器。U4B與R₁₇、R₁₈、Q₁構(gòu)成深度負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)輸出直流電流與輸入信號成線性關(guān)系的功能。具體原理圖詳見圖5。

　　隔離電源

　　信號隔離不僅需要信號回路的前后級隔離，同時(shí)也要把信號回路前后級的供電隔離，這樣以避免因干擾通過供電電源對后級輸出產(chǎn)生影響。本次設(shè)計(jì)采用的隔離電源是金升陽公司生產(chǎn)的A1209D-2W，它具有體積小，隔離電壓高，溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)^[4]。

　　測試結(jié)果

　　分別選正弦波、三角波、鋸齒波3種不同交流信號作為輸入，此次測試輸入的有效值為0～1.2V，測試結(jié)果顯示整個(gè)電路誤差保持在0.1%之內(nèi)，滿足了一般現(xiàn)場的精度要求，測試數(shù)據(jù)詳細(xì)見表1。

　　結(jié)束語

　　經(jīng)過多次測試和現(xiàn)場用戶使用反饋，該模塊不僅精度高、線性度好而且穩(wěn)定。同時(shí)其體積比較小，對現(xiàn)場空間要求不高，便于安裝。模塊中所用的器件多為通用元件，價(jià)格低且易于購買，大量使用時(shí)具有明顯的成本優(yōu)勢。使其不僅可以作為獨(dú)立儀器使用，也可嵌入到現(xiàn)有的直流輸入儀表及數(shù)據(jù)采集單元中，擴(kuò)展其信號輸入種類。因此，在解決交直流信號轉(zhuǎn)換問題上該模塊具有很好的應(yīng)用空間和市場價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：
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