反饋式對(duì)稱(chēng)溫度補(bǔ)償模擬信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

光電耦合器是一種可把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，然后又將光信號(hào)恢復(fù)為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它屬于一種電——光——電轉(zhuǎn)換器件。

　　其基本結(jié)構(gòu)是將光發(fā)射器和光敏接收器裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。常見(jiàn)的光發(fā)射器為紅外發(fā)光二極管，其引腳作為輸入端，用晶體管圖示儀可觀察到其特性曲線與一般二極管相似。

　　光敏接收器為光敏二極管或光敏三極管，其引腳作為輸出端。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)電流而發(fā)光，其發(fā)光的強(qiáng)弱與信號(hào)電流成正比，亦即與流過(guò)二極管的正向電流的大小成正比，輸出端的光敏三極管受到光照后CE導(dǎo)通。而當(dāng)輸入端無(wú)信號(hào)時(shí)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE不通。從而實(shí)現(xiàn)了光電的傳輸和轉(zhuǎn)換。

　　隨著各類(lèi)電氣設(shè)備控制電路的日益復(fù)雜，各功能電路之間的干擾不可避免。而光電耦合器的輸入端和輸出端之間由于通過(guò)光信號(hào)來(lái)傳輸，因而兩部分電路之間在電氣上是完全隔離的，因而沒(méi)有電信號(hào)的反饋和干擾，故其性能穩(wěn)定，抗干擾能力很強(qiáng)。

　　一般情況下，電路間數(shù)字信號(hào)的傳輸，都可以使用光電耦合器進(jìn)行徹底隔離。但在傳輸模擬信號(hào)時(shí)，由于光電耦合器的線性工作范圍較窄，非線性失真較大，而傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)電路和非線性補(bǔ)償電路又復(fù)雜而龐大。

　　因此，筆者設(shè)計(jì)了一種精度較高、電路簡(jiǎn)單，并由光電耦合器組成的反饋式對(duì)稱(chēng)溫度補(bǔ)償的模擬信號(hào)放大電路，通過(guò)該電路可以較好地完成模擬信號(hào)的隔離傳輸。

　　1 傳輸特性分析

　　本文介紹的反饋式對(duì)稱(chēng)溫度補(bǔ)償模擬信號(hào)放大電路。該電路中的電源電壓為5V，在電阻R3為1 kΩ的情況下，4N25的傳輸特性如下：

　?。?）當(dāng)輸入電流I1為0時(shí)，輸出電流I2為0，表明發(fā)光二極管不發(fā)光，光電三極管無(wú)光照而截止;

　?。?）當(dāng)輸入電流I1為O.5 mA時(shí)，輸出電流I2為0.22 mA，此時(shí)Il》I2，表明發(fā)光二極管已開(kāi)始發(fā)光，光電三極管有弱光照而脫離截止區(qū)。

　?。?）當(dāng)輸入電流I1在1～4 mA時(shí)，輸出電流I2為0.7～4.19 mA，I1

　?。?）當(dāng)輸入電流I1為4.5mA時(shí)，輸出電流I2為4.4 mA，I2》I1，表明I2隨I1增大到一定程度時(shí)，已不能繼續(xù)成線性變化。此后，電流傳輸比下降，光電耦合器開(kāi)始進(jìn)入飽和狀態(tài)。

　　根據(jù)以上分析，可以看出，I1的大小決定電路的工作狀態(tài)。I1過(guò)大或過(guò)小，電路均工作在非線性區(qū)，只有在一定的范圍內(nèi)，4N25才工作在線性區(qū)。

　　2 工作原理

　　光電耦合器Icl和IC2都選用的是4N25，其中Icl和R4組成輸出級(jí)，用于隔離傳輸模擬信號(hào)。IC2和R2模仿輸出形式，可用于產(chǎn)生反饋比較信號(hào)，并可自動(dòng)調(diào)整不同電流轉(zhuǎn)換效率時(shí)發(fā)光二極管的工作電流，保證光電耦合器可靠地工作在線性放大狀態(tài)，提高電路的線性度。

　　由于兩個(gè)光電耦合器的發(fā)光二極管是串接在一起的，Icl和IC2的工作狀態(tài)完全對(duì)稱(chēng)，公用同一激勵(lì)電流I1。且兩