一、前言

前幾天，有人詢問(wèn)我一個(gè)有趣的電路該如何分析。這是一個(gè)基于HCNR201 這款帶有輸入補(bǔ)償?shù)木€性光耦的模擬隔離放大器。下面讓我們來(lái)看一下這個(gè)放大器輸入輸出之間的線性關(guān)系是什么。

▲ 圖1 仿真原理圖

二、原理分析

之所以這個(gè)電路圖看起來(lái)容易讓人感到困惑，實(shí)際上就是這個(gè)仿真電路中，錯(cuò)誤的使用了這樣的光電三極管來(lái)表示HCNR201 中的光電二極管。這樣就使得器件電流流向產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)。下面看一下 HCNR201 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的表示方法。

可以看到，這里使用了二極管表示光電管，這里使用了箭頭表示了發(fā)光二極管電流方向，接收光電管的方向恰好相反，分別從管腳3 流向管腳4，從管腳6流向管腳7. 對(duì)著仿真電路圖，可以看到，這樣才是光電流流動(dòng)的方向。

怎么樣，是不是出乎意料之外？ 另外，需要說(shuō)明的是，接收光電管的光電流的產(chǎn)生是不需要外部施加電壓的。也就是在它兩端電壓為0時(shí)，它會(huì)主動(dòng)輸出電流。

下面讓我們看一下這個(gè)電路工作情況。首先，這個(gè)仿真電路還有一個(gè)陷阱，那就是這里使用了標(biāo)號(hào)，表示了電路的連接關(guān)系。如果沒(méi)有注意，很容易走入死胡同。

輸入電壓經(jīng)過(guò)R2,R3分壓之后，加入到 U2 的正輸入端。這個(gè)通道是負(fù)反饋，將會(huì)使得 U2 的負(fù)輸入端的電壓等于正輸入端電壓。

負(fù)反饋的過(guò)程是這樣的，首先，U2 正輸入端的電壓，會(huì)使得輸出電壓上升，進(jìn)而通過(guò)三極管 Q1 給光耦提供輸入電流。光耦中輸入端的光電管，產(chǎn)生光電流。根據(jù)這個(gè)電流的方向，將會(huì)從 U3的負(fù)輸入端，通過(guò) R10流出光電流。這個(gè)電流來(lái)自于 U3 的輸出電壓，經(jīng)過(guò)R4 提供的。U3 的輸出電壓是多少呢？

實(shí)際上，就是 U2的正輸入端的電壓。這樣，我們就可以計(jì)算出光耦中光電管輸出電流的大小了。它等于輸入電壓，乘以這個(gè)因子。下面再對(duì)光耦后面的信號(hào)進(jìn)行分析。

▲ 圖1.2.1 光電管電流

這里，需要我們知道，光耦的兩個(gè)輸出光電管的電流是一樣的，這樣，第二個(gè)光耦所產(chǎn)生的電流，經(jīng)過(guò)U5放大之后，轉(zhuǎn)換成反向電壓，再經(jīng)過(guò)U4的反向放大，輸出同相的電壓。

這是光電電流到輸出電壓之間的比例。將前后聯(lián)系起來(lái)， 這是輸出電壓的表達(dá)式。 這樣，我們就可以得到輸入輸出之間的比例關(guān)系。這是信號(hào)放大倍數(shù)。

根據(jù)電路中給定的參數(shù)，可以計(jì)算出電路的放大倍數(shù)為 1.6886。電路是同相放大。為了能夠放大負(fù)電壓，在電路中還設(shè)置了偏置電路，這兩個(gè)電路能夠使得輸入信號(hào)為 0 時(shí)，光耦中就有電流輸出。

這樣，當(dāng)輸入負(fù)的電壓信號(hào)時(shí)，電路也能夠輸出負(fù)電壓。由于時(shí)間有限，今天就先到這里。關(guān)于電路偏置的分析，下次再講。

※ 總 結(jié) ※

本文對(duì)一個(gè)光耦模擬隔離放大電路進(jìn)行了初步分析。更好的理解最好是能夠通過(guò)實(shí)際電路進(jìn)行測(cè)試。