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1、线性隔离放大器线性隔离放大器应用与简述 线性隔离放大器主要构成由电压/频率转换电路、隔离电路、频率电压转换电路以及相关调理电路组成。将电压转换成频率进行传输能有效保护信号的电压不受干扰，中间采用隔离电路又可以有效避免干扰，工作稳定，所以该电路较多应用在远距离的精密数据传输中。设计基本要求设计电压-电压转换器，要求：输入电压范围：-10V+10V,输出频率范围不限；输入阻抗不小于1M；输出的频率与输入电压呈线性关系，以设计报告中给定的关系式为准，误差不大于输出频率范围的5%。设计频率-电压转换器，要求：输出电压范围：-10V+10V，并能驱动100负载；输出电压与输入频率呈线性关系，以设计报告中
2、给定的关系式为准，误差不大于输出频率范围的5%。发挥部分要求 采用开关型光电耦合器连接电压-频率转换器与频率-电压转换器，实现隔离放大，要求：1、隔离阻抗不小于1G；2、直流输入时，输出电压与输入电压误差不大于100mV；3、输入电压频率范围DC100Hz时，整体电压增益0dB（0.5dB）;4、输出纹波不大于50mV。降低系统成本和功耗。其它。方案设计与论证 1、电压-频率转换模块 方案一：积分器和555定时器电路。方案二：由普通低噪声运放构建一个积分器，再由另一片构建一个比较器，辅之以N沟道场效应管和稳压二极管等分立元件构成的电压-频率转换器。方案三：采用CD4046内部锁相环中的压控振荡
3、器。方案四：由AD公司生产的专用高精度电压/频率转换器AD650 前两个方案因为线性度问题，故不予采纳；方案三与方案四都可实现实验目的，考虑到成本因素，方案三更好，考虑到精度与设计简单程度方案四更优。2、开关型光电耦合器 方案一：采用达林顿光电耦合器，其光敏三极管的基极引到封装外供使用，但其有效带宽仅为30kHz。带宽太小，舍弃此种方案。方案二：双光和四光电耦合器，他们都是利用单只光敏三极管做为输出级，但是基极不能做为外部引用，造成不方便。方案三：采用单通道高速光耦6N137，具有温度、电流、和电压补偿功能，输出隔离达到100G,完全满足题目1G的要求，其输出带宽有10M,也足以应付电压-频率
4、转换器输出的最大频率值。综合考虑，采取方案三做为开关型光电耦合器的设计方案。3、频率-电压转换部分 方案一：由过零比较器配合555构成的单稳态触发器经低通滤波输出所需直流分量 方案二：由AD公司生产的专门频率/电压转换芯片AD650。方案三：利用低功耗Msp430单片机检测输入的频率值，然后利用函数关系计算输出电压值，最后由430内部DA输出直流电压值。方案一中555的线性度不好，方案三输出的线性度非常高而且DA的最小分辨率达到0.61mv，误差很小，但是在功耗方面显然高于其他方案。而方案二不仅线性度好，功耗低而且输出失调可调节为零，具有独立的数字地与模拟地，很容易与标准逻辑电路或光电耦合器接
5、口。于是，决定采用方案二。理论分析与计算 1、利用CD4046设计V/F转换模块 CD4046的内部压控振荡器只在1V-6V输入时线性度最好，而题目中要求输入信号的电压范围为-10V-+10V，故在信号输入时必须要加信号调理电路。利用反相放大器将信号衰减到，再加一个反相器以保证正相关。接着用加法器将电压抬升到1V-6V，再输入到CD4046的压控输入引脚，输出即应可得随输入线性变化的方波频率信号。2、利用AD650设计V/F转换模块 使用AD650根据以上给出的公式计算，可以很好的把电压信号转换为频率信号，可以且在需要的范围内具有良好的线性度。复位周期由单稳态触发器的定时器决定：复位周期1脚电
6、位上升幅度的大小：当复位周期结束时，单稳态触发器输出回到低电平状态，电流开关重新打向集成运放输出 端。开始下一个积分周期，形成自振荡。记分周期:单稳态触发器每触发一次的时间间隔为，晶体管的输出受单稳控制，因此输出频率为:积分容仅决定复位周期电压的高低，其最佳值按下式选取:2、利用AD650设计V/F转换模块 3、频率-电压转换电路电路设计 前级调理电路（用于CD4046做V/F转换时）在实际电路设计中先通过反向比例放大器衰减到四分之一，再通过电压抬升电路同时反向即可实现信号进入CD4046的前级调理。（信号处理电路一定要注意电磁兼容特性，后面会有分析）CD4046 V/F转换电路 当其9脚(V
7、CO控制端)输入端接电源时，电路即起基本方波振荡器的作用。振荡器的充、放电电容C1接在6脚与7脚之间，调节电阻R1阻值即可调整振荡器振荡频率，振荡方波信号从4脚（VCO输出端）输出。AD650 V/F转换电路 AD650可以实现双极性输入，所以不须再加信号调理电路。根据上面的理论分析与计算设计如下电路图：光耦隔离电路 光耦隔离芯片电路简单，只是要注意两端不能共地。AD650 F/V转换电路 该转换电路结束之后还要通过实验算出输出的电压与最初输入电压的关系，建立相应的函数关系，作进一步的调理，比如加放大或功放电路，必要时还需要加入软件。因为现在还没有作这一部分的实验，暂时还不能确定这个关系，也就
8、无法设计这个电路。电磁兼容设计与分析 1、电源噪声处理 产生电源噪声的原因（1）稳压电源芯片本身的输出并不是恒定的，会有一定的波纹；（2）稳压电源无法实时响应负载对于电流需求的快速变化；（3）负载瞬态电流在电源路径阻抗和地路径阻抗上产生的压降。处理方法 通常，用钽电容或电解电容来进行板级低频段去耦。电容量的计算方法前面讲过了，需要提醒一点的是，最好用几个或多个电容并联以减小等效串联电感。这两种电容的Q值很低，频率选择性不强，非常适合板级滤波。容值的等级不要超过10倍。比如你可以选类似0.1、0.01、0.001这样的组合。因为这样可以有效控制反谐振点阻抗的幅度，间隔太大，会使反谐振点阻抗很大。阻抗匹配 1、串联终端匹配 在信号端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。2、并联终端匹配 通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗匹配，达到消除负载端反射的目的。
线性隔离放大器-频率电压转换-电压频率转换
