隔离放大电路报告3

1、沈阳工程学院课程设计设计题目： 隔离放大电路系 别 班级 学生姓名梅 职称至 2010 年 5 月 28 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 隔离放大电路系 别 班级2010指导教师 职称 课程设计进行地点： 任 务 下 达 时 间： 年 5 月 12 日起止日期：2010年 5 月 24 日起至 2010 年 5 月 28 日止教研室主任 2010 年 5 月 5 日批准隔离放大电路的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握隔离放大电路的构成，原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法。1.2 基本要求：（1）输入信号为方波，幅度 1V，频率 100Hz 40

2、kHz；（2）采用适当的隔离设备不影响信号提供者 ;（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的 5%以下；（4）输出信号幅度不低于 3V。1.3 发挥部分：（1）t pd<100 s；（2）幅度分段可调；（3）其他。2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选 2 个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、 草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存 盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于

3、3000 字。图纸为 A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计 题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要） 、工作过程分析、元 器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图） 。3 时间进度安排顺序阶段日期计划完成内容备注12010.5.24讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22010.5.25检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32010.5.26检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分42010.5.27继续修正

4、逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分52010.5.28答辩、写报告打分2010-5-28 沈阳工程学院模拟电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名：指导教师评审意见评价 内容具体要求权重评分加权 分调研 论证能独立查阅文献 , 收集资料；能制定课程设计方案 和日程安排。0.15432工作 能力 态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，0.25432工作 量按期圆满完成规定的设计任务， 工作量饱满， 难度 适宜。0.25432说明 书的 质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范

5、。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以 12）分加权分合计指 导 教 师 签 名：年月日评阅教师评审意见评价 内容具体要求权重评分加权 分查阅 文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作 量工作量饱满，难度适中。0.55432说明 书的 质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以 8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名：年月日课程设计总评成绩分中文摘要本次课程设计的题目是隔离放大电路，实际上是对线性光耦的延伸，主要工作部分是一 个光耦对电路的控制

6、, 在工业自动化检测、 计算机数据采集系统、 测量仪表等诸多工业测量中 , 需要解决的一个共性问题就是工业现场模拟信号采集过程中的抗干扰问题。解决模拟信号通 道干扰的一个有效方法是采用模拟信号隔离技术 , 也就是设法将干扰信号源与测量系统隔离 仅允许被测量信号进入测量系统。光电隔离是常用且方便有效的隔离方法 , 它是通过光电之 间的相互转换 , 并利用光作为媒介进行信号传输 , 在电气上使测量系统与现场信号完全隔离 的一种方法。光电隔离可以减小现场信号线以及地线干扰对系统的影响 , 保证系统安全。此外 , 由于光电耦合器的输入阻抗小于干扰源的内阻 , 因而使迭加于被测量信号上的干扰信号被极 大

7、的衰减 （基本无法进入测量系统 ） , 从而保证测量的准确度。关键词 隔离放大器 光耦 电压放大电路 电压跟随器目录课程设计任务书 II隔离放大电路的设计 II模拟电子技术 课程设计成绩评定表 . III中 文 摘 要 IV1. 设计任务描述 71.1 设计题目 : 71.2 设计要求： 71.2.1 设计目的： 71.2.2 基本要求： 71.2.3 发挥部分： 72. 绪论 . 33. 基本框架 54. 设计过程及参数计算 64.1 理论准备 . 64.2 转换. 74.3 参数的修改 . 84.4 注意的问题 . 165. 电路元件清单 176. 主要元器件介绍 187. 小结 218.

8、 致谢 199. 参 考 献 20附录隔离放大电路图 211. 设计任务描述1.1 设计题目 :隔离放大电路1.2 设计要求：1.2.1 设计目的：（1）掌握隔离放大电路的构成，原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法。1.2.2 基本要求：（1）输入信号为方波，幅度 1V，频率 100Hz 40kHz；（2）采用适当的隔离设备不影响信号提供者 ;（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的 5%以下；（4）输出信号幅度不低于 3V。1.2.3 发挥部分：（1）t pd<100 s；（2）幅度分段可调；（3）其他。2. 绪论耦合器（ optical coupler ，英文缩写为

9、OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电源电路中常用的器件。耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以， 它在各种电路中得到广泛的应用。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输 出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定。它的主要参数为：CTR：电流传输比 , 是指发光管的电流和光敏三极管的电流比的最小值Isolation Voltage ：隔离电压 , 是指发光管和光敏三极管的隔离电压的最小值Collector-Emitter Voltage ：集电极发射极电压 , 是指集电极发射极之间的耐 压值的最小值光耦合器一般由三部分组成：

10、光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动 发光二极管（ LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过 进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、 输出、隔离的作用由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好 的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因 而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提 高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计 算机工作的可靠性。而我的电路图设计步骤： 确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模

11、块之间的信号传输，并画出线 性直流稳压电源方框图。2）整体分析：根据课设题目要求，分析电路是由哪几个主要部分构成。3）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。4）功能分析：分析各模块在此部分所起到的作用。5）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。6）总电路图：连接各模块电路。基本设计思路为：1利用电源提供光耦所需的电流2通过光耦进行隔离放大3通过放大电路进行电压放大3. 基本框架 方波信号输入电源提供电流进入光耦光耦隔离电压放大方波信号输出基本原理：1. 通过电压提供电流，利用滑动变阻器来改变电流的大小，从而使输入电流在所选 光耦的线性区，使光耦起到隔离放大的作用。

12、2. 在光电耦合器输入端加的电流信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流 的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流， 由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。3. 接着再将输出的电流经过电阻转变为电压，输入同相比例放大器中，调节电阻， 从而使输出电压达到所需值。4. 在电路中的电容则起到隔直通交的作用，防止其它信号的干扰。电路设计过程及参数计算 .44.1 理论准备光耦简图光耦知识(1) 当输入电流 I1 为 0 时，输出电流 I2 为 0 ，表明发光二极管不发光，光电三极管无光 照而截止；(2) 当输入电流 I1 为 O5 mA时，输出电流 I2 为022

13、 mA，此时 Il>I2 ，表明发光二极 管已开始发光，光电三极管有弱光照而脱离截止区(3) 当输入电流 I1 在 14 mA时，输出电流 I2 为 07419 mA，I1<I2 ，表明在此范 围内， I2 随 I1 成线性变化。(4) 当输入电流 I1 为 45mA时，输出电流 I2 为44 mA， I2>I1 ，表明 I2 随 I1 增大到 一定程度时，已不能继续成线性变化。此后，电流传输比下降，光电耦合器开始进入饱和状 态。根据以上分析，可以看出， I1 的大小决定电路的工作状态。 I1 过大或过小，电路均工作 在非线性区，只有在一定的范围内， MOCD21才3 工作在

14、线性区。在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下： (1)光耦合器的电流传输比 (CTR)的允许范围是 50% 200%。这是因为当 CTR<50%时，光耦 中的 LED就需要较大的工作电流 (IF >5.0mA)，才能正常控制单片开关电源 IC 的占空比，这 会增大光耦的功耗。若 CTR> 200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关 电源误触发，影响正常输出。(2)推荐采用线性光耦合器，其特点是 CTR值能够在一定范围内做线性调整。4.2 转换网上原图：改造后最原始的电路：4.3 参数的修改最原始仿真图相关电路图）改变滑动

15、变阻器的最大阻值，调节滑动变阻器，同时改变电容仿真图 1? 改变光耦类型仿真图 2因为对仿真图没什么影响，所以我继续换着光耦，终于在最后决定用MOCD213仿真图 3? 改变运算放大器类型因为波形图出现严重的失真，所以我参考了一些资料，知道光耦之所以能隔离，有一部分是因为接不同的地，所以决定把所有的接地都分开? 改变所有接地，使电路隔离 改后部分图仿真图? 改变运放的电阻理论知识图中输出通过负反馈的作用，使 vn 自动地跟踪 vp， 即 vp vn，或 vid vpvn 0。这种现象称为虚假短路， 简称虚短。 由于运放的输入电阻 ri 很大，所以，运放两输入端之间的 ip-in （vp vn）

16、 / ri 0，这种现象称为虚断。根据虚 -in 0和虚断的概念有vpvn ， ip改后部分电路图· 5 点电压测量表·仿真图因为需要的是 3V的输出，而由理论知识知道 V0=AV*V5,所以应该提高 5 点电压，所以我试着改 变 R6 的值改变 R6 的值改后部分电路图· 5 点电压测量表·仿真图4.4 注意的问题步骤如下：1. 电路中所有 Vcc VDD为电源， GND为地，但光电耦合器左右两边用两套电源，以避免信 号干扰。2. 对单个放大器而言，在调试时，尽量让输出电压在 12V 以下。3. 光电耦合器的输入电流应在 210mA为宜（ 这是光电耦合

17、器的线性区， 电流太大或太小 都会偏离线性区 ） ，本实验采用 6.17mA（0V输入时） 。且当输入电压 Vin 从05V改变 时，光电耦合器 （1） 的输入电流应尽量在一个较小的范围内变化， 这样可以尽可能保证 输入电流在光电耦合器的线性区内变化。4. 为保证光电耦合器工作在线性区， 调节放大器 (1) 同相端的输入电压， 使输出电压达到一个线性度较好的工作区。5. 电路元件清单元件名称型号规格数量电容50uF1电容1uF1电阻1001电阻3001电阻1401电阻10k1电阻20k1电阻9k1光耦MOCD2131放大器AD706KN1直流电源VCC1直流电源VDD1地1地4导线若干6. 主

18、要元器件介绍图 MOCD213MOCD21光3 耦要求参数：AD706KN放 大要求参数7. 小结一周的模拟电子设计结束了，时间虽然很短暂，但是我了解了很多有关专业课的课外知 识，让我觉得这一周过的非常充实，当然也挺累。记得第一天老师刚把任务下发给我们的时候，我真的是丈二的和尚摸不着头脑啊。 因为很多东西都不是我们课堂所学的，必须把我们所学的东西加以延伸，这就需要我们得自 己去找资料。每一个课题的任务都很重， 而且时间又那么紧，我的第一反应就是这刻怎么办， 但老师说要想学会东西就得付出努力，自己去动手动脑，找到入手点，只要肯努力就一定能 完成好。这无疑给我增加了一份信心。付出了辛苦就会有回报，

19、通过对隔离放大电路的设计，我深刻认识到了“自己动手学习”重要性。对于我们来说，隔离放大是一个完全陌生的题目，经过老师的提点, 我们知道了应该从光耦入手，因此我们不仅去图书馆寻找，也通过网络寻找。渐渐的我也能懂得电路构建的 原理，同时我们也通过网络寻找到一些有关的图，经过改造我们的电路图也基本出来了。可 是当我们仿真时，却没出现波形图，在紧张的同时，我们试着慢慢变换参数，终于在我们的 共同努力下，出现了我们想要的波形。我们的电路主要是通过光耦将输入与输出联系，通过电光电的转换，实现隔离，同 时通过运算放大器放大电压，从而实现隔离放大的目的。通过对此课程的设计，我不但知道 了以前不知道的理论知识，

20、比如光耦，而且也巩固了以前知道的知识，比如同相比例放大， 最重要的是在实践中理解了书本上的知识，学会自己学习，明白了学以致用的真谛。在整个设计过程中，我个人感觉参数设定部分是最难的，因为你理论计算的值在实际 当中并不一定是最佳参数， 你必须考虑到各种外界环境对电路的影响。 理论应用到实际当中 才使得知识变得更生动，学习起来也就不是那么困难了！经过这么多天的忙碌与奔波，我的 课程设计现在终于完成了，感觉真的是松了口气，但是更多的是兴奋与喜悦。因为着里面充 满了我的努力与汗水，也遇到了很多的困难，真的到了完成它着一刻，我的心情无法形容。说句实在话，这次的实训让我掌握了很多有关光耦的知识，但我认为更加重要的是陪养 了我自己去做一件事情的能力和解决困难的能力。一件事情没做之前可能看上去很难，但是 当你用心钻研去做它时，它可能就没有想像的那么难。而且当你独立完成它后，那种成就感 只有自己能够体会的到，这会给你日后做其他事情带来的