線性隔離放大器,頻率電壓轉(zhuǎn)換,電壓頻率轉(zhuǎn)換

1、線性隔離放大器線性隔離放大器應(yīng)用與簡述 線性隔離放大器主要構(gòu)成由電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路、隔離電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路以及相關(guān)調(diào)理電路組成。 將電壓轉(zhuǎn)換成頻率進行傳輸能有效保護信號的電壓不受干擾，中間采用隔離電路又可以有效避免干擾，工作穩(wěn)定，所以該電路較多應(yīng)用在遠距離的精密數(shù)據(jù)傳輸中。設(shè)計基本要求設(shè)計電壓-電壓轉(zhuǎn)換器，要求： 輸入電壓范圍：-10V+10V,輸出頻率范圍不限； 輸入阻抗不小于1M； 輸出的頻率與輸入電壓呈線性關(guān)系，以設(shè)計報告中給定的關(guān)系式為準，誤差不大于輸出頻率范圍的5%。設(shè)計頻率-電壓轉(zhuǎn)換器，要求： 輸出電壓范圍：-10V+10V，并能驅(qū)動100負載； 輸出電壓與輸入頻率呈線性關(guān)系，

2、以設(shè)計報告中給定的關(guān)系式為準，誤差不大于輸出頻率范圍的5%。發(fā)揮部分要求 采用開關(guān)型光電耦合器連接電壓-頻率轉(zhuǎn)換器與頻率-電壓轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)隔離放大，要求： 1、隔離阻抗不小于1G； 2、直流輸入時，輸出電壓與輸入電壓誤差不大于100mV； 3、輸入電壓頻率范圍DC100Hz時，整體電壓增益0dB（0.5dB）; 4、輸出紋波不大于50mV。 降低系統(tǒng)成本和功耗。 其它。方案設(shè)計與論證 1、電壓-頻率轉(zhuǎn)換模塊 方案一：積分器和555定時器電路。 方案二：由普通低噪聲運放構(gòu)建一個積分器，再由另一片構(gòu)建一個比較器，輔之以N溝道場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管等分立元件構(gòu)成的電壓-頻率轉(zhuǎn)換器。 方案三：采用CD4

3、046內(nèi)部鎖相環(huán)中的壓控振蕩器。 方案四：由AD公司生產(chǎn)的專用高精度電壓/頻率轉(zhuǎn)換器AD650 前兩個方案因為線性度問題，故不予采納；方案三與方案四都可實現(xiàn)實驗?zāi)康?，考慮到成本因素，方案三更好，考慮到精度與設(shè)計簡單程度方案四更優(yōu)。2、開關(guān)型光電耦合器 方案一：采用達林頓光電耦合器，其光敏三極管的基極引到封裝外供使用，但其有效帶寬僅為30kHz。帶寬太小，舍棄此種方案。 方案二：雙光和四光電耦合器，他們都是利用單只光敏三極管做為輸出級，但是基極不能做為外部引用，造成不方便。 方案三：采用單通道高速光耦6N137，具有溫度、電流、和電壓補償功能，輸出隔離達到100G,完全滿足題目1G的要求，其輸出

4、帶寬有10M,也足以應(yīng)付電壓-頻率轉(zhuǎn)換器輸出的最大頻率值。 綜合考慮，采取方案三做為開關(guān)型光電耦合器的設(shè)計方案。3、頻率-電壓轉(zhuǎn)換部分 方案一：由過零比較器配合555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器經(jīng)低通濾波輸出所需直流分量 方案二：由AD公司生產(chǎn)的專門頻率/電壓轉(zhuǎn)換芯片AD650。 方案三：利用低功耗Msp430單片機檢測輸入的頻率值，然后利用函數(shù)關(guān)系計算輸出電壓值，最后由430內(nèi)部DA輸出直流電壓值。 方案一中555的線性度不好，方案三輸出的線性度非常高而且DA的最小分辨率達到0.61mv，誤差很小，但是在功耗方面顯然高于其他方案。而方案二不僅線性度好，功耗低而且輸出失調(diào)可調(diào)節(jié)為零，具有獨立的數(shù)字地與模

5、擬地，很容易與標準邏輯電路或光電耦合器接口。于是，決定采用方案二。理論分析與計算 1、利用CD4046設(shè)計V/F轉(zhuǎn)換模塊 CD4046的內(nèi)部壓控振蕩器只在1V-6V輸入時線性度最好，而題目中要求輸入信號的電壓范圍為-10V-+10V，故在信號輸入時必須要加信號調(diào)理電路。利用反相放大器將信號衰減到，再加一個反相器以保證正相關(guān)。接著用加法器將電壓抬升到1V-6V，再輸入到CD4046的壓控輸入引腳，輸出即應(yīng)可得隨輸入線性變化的方波頻率信號。2、利用AD650設(shè)計V/F轉(zhuǎn)換模塊 使用AD650根據(jù)以上給出的公式計算，可以很好的把電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，可以且在需要的范圍內(nèi)具有良好的線性度。復(fù)位周期由

6、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時器決定：復(fù)位周期1腳電位上升幅度的大?。寒攺?fù)位周期結(jié)束時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出回到低電平狀態(tài)，電流開關(guān)重新打向集成運放輸出 端。開始下一個積分周期，形成自振蕩。記分周期:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器每觸發(fā)一次的時間間隔為，晶體管的輸出受單穩(wěn)控制，因此輸出頻率為:積分容僅決定復(fù)位周期電壓的高低，其最佳值按下式選取:2、利用AD650設(shè)計V/F轉(zhuǎn)換模塊 3、頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路電路設(shè)計 前級調(diào)理電路（用于CD4046做V/F轉(zhuǎn)換時） 在實際電路設(shè)計中先通過反向比例放大器衰減到四分之一，再通過電壓抬升電路同時反向即可實現(xiàn)信號進入CD4046的前級調(diào)理。（信號處理電路一定要注意電磁兼容特性，后面會有分析）

7、CD4046 V/F轉(zhuǎn)換電路 當其9腳(VCO控制端)輸入端接電源時，電路即起基本方波振蕩器的作用。振蕩器的充、放電電容C1接在6腳與7腳之間，調(diào)節(jié)電阻R1阻值即可調(diào)整振蕩器振蕩頻率，振蕩方波信號從4腳（VCO輸出端）輸出。AD650 V/F轉(zhuǎn)換電路 AD650可以實現(xiàn)雙極性輸入，所以不須再加信號調(diào)理電路。根據(jù)上面的理論分析與計算設(shè)計如下電路圖：光耦隔離電路 光耦隔離芯片電路簡單，只是要注意兩端不能共地。AD650 F/V轉(zhuǎn)換電路 該轉(zhuǎn)換電路結(jié)束之后還要通過實驗算出輸出的電壓與最初輸入電壓的關(guān)系，建立相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，作進一步的調(diào)理，比如加放大或功放電路，必要時還需要加入軟件。因為現(xiàn)在還沒有作這

8、一部分的實驗，暫時還不能確定這個關(guān)系，也就無法設(shè)計這個電路。電磁兼容設(shè)計與分析 1、電源噪聲處理 產(chǎn)生電源噪聲的原因 （1）穩(wěn)壓電源芯片本身的輸出并不是恒定的，會有一定的波紋； （2）穩(wěn)壓電源無法實時響應(yīng)負載對于電流需求的快速變化； （3）負載瞬態(tài)電流在電源路徑阻抗和地路徑阻抗上產(chǎn)生的壓降。 處理方法 通常，用鉭電容或電解電容來進行板級低頻段去耦。電容量的計算方法前面講過了，需要提醒一點的是，最好用幾個或多個電容并聯(lián)以減小等效串聯(lián)電感。這兩種電容的Q值很低，頻率選擇性不強，非常適合板級濾波。 容值的等級不要超過10倍。比如你可以選類似0.1、0.01 、0.001這樣的組合。因為這樣可以有效控制反諧振點阻抗的幅度，間隔太大，會使反諧振點阻抗