高速開關(guān)光耦隔離電路設(shè)計(jì)

1、 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：高速開關(guān)光耦隔離電路1.2 設(shè)計(jì)要求 1.2.1設(shè)計(jì)目的：（1）掌握非線性光耦隔離電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2基本要求：（1）輸入信號(hào)為方波，幅度3V，頻率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信號(hào)延遲時(shí)間<100us;（3）輸出信號(hào)上升及下降時(shí)間占有方波周期的5%以下；（4）輸出信號(hào)幅度06V，電流驅(qū)動(dòng)力不低于1mA。1.2.3發(fā)揮部分：（1）信號(hào)帶寬升至10Mb/s；（2）幅度可調(diào)；（3）其他。2 時(shí)間進(jìn)度安排順序階段日期計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容備注1講解主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書做出原始框圖打分2檢查

2、框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯(cuò)誤打分3檢查邏輯圖并指出錯(cuò)誤及糾正；講解接線圖繪制及報(bào)告書寫打分4繼續(xù)修正邏輯圖，指導(dǎo)接線圖繪制方法，布置答辯打分5答辯、寫報(bào)告打分16 一 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：高速開關(guān)光耦隔離電路1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1設(shè)計(jì)目的：（1）掌握非線性光耦隔離電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉模擬元件的選擇、使用方法。1.2.2基本要求：（1）輸入信號(hào)為方波，幅度3V，頻率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信號(hào)延遲時(shí)間<100us;（3）輸出信號(hào)上升及下降時(shí)間占有方波周期的5%以下；（4）輸出信號(hào)幅度06V，電流驅(qū)動(dòng)力不低于1mA。1.2.3發(fā)揮

3、部分：（1）信號(hào)帶寬升至10Mb/s；（2）幅度可調(diào)；（3）其他二 設(shè)計(jì)思路輸入幅度為3V頻率為500Hz的方波信號(hào)，首先通過電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用，然后通過光耦起隔離反相放大的作用，再經(jīng)過儀用放大器起反相放大的作用，最后經(jīng)過同相放大器起同相放大的作用并輸出幅度為6V頻率為500Hz的方波信號(hào)。第一個(gè)部分為電壓跟隨器。電壓跟隨器在電路中起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。第二部分為光耦隔離電路。光電耦合器是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)并進(jìn)行傳導(dǎo)，然后又將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。它屬于一種電光電轉(zhuǎn)換元件。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到將輸入、輸出隔離的作用。由于光耦的輸入、

4、輸出互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好抗干擾能力且工作穩(wěn)定、傳輸效率高。光耦在電路中起隔離反向放大的作用。第三部分為儀用放大器。儀用放大器在電路中起反相放大的作用。第四部分為同相放大電路。同相放大電路在電路中起同相放大的作用。以上就是我設(shè)計(jì)的由四部分組成的高速開關(guān)光耦隔離電路。三 設(shè)計(jì)方框圖儀用放大器光耦電壓跟隨器信號(hào)輸入信號(hào)輸出同相放大器從整個(gè)電路來看，輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波信號(hào)，首先進(jìn)入電壓跟隨器。利用電壓跟隨器的作用即緩沖、隔離、提高帶載能力，使電路前后匹配。輸入信號(hào)經(jīng)電壓跟隨器后流經(jīng)光耦。利用光耦的作用即隔離反相放大，使光耦的輸出端與輸入端實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔

5、離。并將信號(hào)做放大處理，輸出信號(hào)反相。接下來是信號(hào)的放大。首先信號(hào)經(jīng)儀用用放大器。利用儀用放大器的作用即反相、放大。輸出信號(hào)反向，并合理選擇電阻的數(shù)值，使信號(hào)以一定的增益輸出。然后信號(hào)經(jīng)同相放大器。利用同相放大器的作用即同相、放大。輸出信號(hào)同相，并合理選擇電阻的數(shù)值，使信號(hào)以一定的增益輸出。最后輸出幅度為6V，頻率為500Hz的方波信號(hào)。四 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1電壓跟隨器電壓跟隨器輸入信號(hào)為幅度為3V,頻率為500Hz的方波，電壓跟隨器的電壓增益Av=1，且同相。輸入電阻Ri趨于無窮大，輸出電阻Ro趨于零。其輸出信號(hào)的幅度為3V，同相，頻率為500Hz。4.2光耦輸入光耦的信號(hào)的幅度

6、為3V，頻率為500Hz，根據(jù)光耦這一元件的自身特性，光耦起到了隔離反相放大的作用，其輸出信號(hào)的幅度為2.5V，反相，頻率為500Hz。4.3儀用放大器R1R2R2R3R3R4R4輸入儀用放大器的信號(hào)的幅度為2.5V，頻率為500Hz。如圖所示，儀用放大器的增益Av=-R4/R3(1+2R2/R1)。輸出信號(hào)的幅度為1.5V，反相，頻率為500Hz。4.4同相放大器R1R2輸入同相放大器的信號(hào)幅度為1.5V,頻率為500Hz。如圖所示，同相放大器的增益Av=1+R2/R1，即Av=1+150/50=4。因?yàn)?.5×4=6所以輸出信號(hào)的幅度為6V，同相，頻率為500Hz。五 工作過程分

7、析5.1電壓跟隨器輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波，并通過電壓跟隨器。電壓跟隨器的增益等于1，但其輸入電阻趨于無窮大，而其輸出電阻趨于零，故在電路中作為阻抗變換器或緩沖器，起到緩沖、隔離、提高帶載能力的作用5.2光耦 信號(hào)經(jīng)第一部分電路即電壓跟隨器進(jìn)入第二部分電路即光耦。光耦是一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)并進(jìn)行傳導(dǎo)，然后又將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。它屬于一種電光電轉(zhuǎn)換元件。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到將輸入、輸出隔離的作用。由于光耦的輸入、輸出互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好抗干擾能力且工作穩(wěn)定、傳輸效率高。光耦在電路中起隔離反向放大的作用5.3 儀用放大器信號(hào)經(jīng)

8、第二部分電路即光耦進(jìn)入第三部分電路即儀用放大器。儀用放大器是一種反相放大電路。由三個(gè)集成運(yùn)放通過一定的連接組成，在電路中起到反相放大的作用5.4 同相放大器信號(hào)經(jīng)第三部分電路即儀用放大電路進(jìn)入第四部分電路即同相放大電器。同相放大器在電路中起到同相放大的作用。其電壓增益Av=1+R8/R9。經(jīng)同相放大器后輸出幅度為6V頻率為500Hz的方波5.5 高速開關(guān)光耦隔離電路的電路圖及仿真高速開關(guān)光耦隔離電路的電路圖仿真過程輸入幅度為3V，頻率為500Hz的方波。 信號(hào)經(jīng)第一部分電路即電壓跟隨器后輸出波形圖如下信號(hào)經(jīng)第二部分、第三部分電路即光耦及儀用放大器后輸出波形如下信號(hào)經(jīng)第四部分電路即同相放大電路后輸出波形如下電壓表測(cè)量數(shù)據(jù)如下 5.6電路調(diào)試技術(shù) 1.分別將四個(gè)部分的電路接好 進(jìn)行測(cè)試、觀察。2.將四個(gè)部分的電路接好，進(jìn)行整體測(cè)試、觀察。 3.針對(duì)示波器顯示的波形，和各方面數(shù)據(jù)的測(cè)試，分析出現(xiàn)問題的原因，對(duì)各部分電路逐個(gè)排查校驗(yàn)，直至輸出信號(hào)滿足要求。六 元器件