光电隔离电路设计方案（六款基于光耦、AD210AN的光电隔离电路图） - 光电隔离电子电路

光电隔离电路设计方案（一）

光耦亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。

完成了大功率开关电源主回路设计，该电路采用的是全桥拓扑经过高频变压器转换再整流，实验项目是三相进线15V/6KA输出。其中，主回路的保护设计及报警设计是必不可少的。我首先想到的是，通过单片机输出控制继电器动作，而且由于抗干扰的要求，我必须通过光耦隔离。光耦隔离继电器保护电路设计应需而生。

主要电路设计如下图：

该继电保护主要隔离应用的是TI公司生产的TIL117光耦芯片。该芯片无需供电，通过光耦二极管上拉15V电源输出15mA即可正常工作，有效隔离了输出侧对主回路的电磁影响。

另外该电路还有一个+24V供电电源，大部分继电器设计的时候都需要24V，该电源设计图如下：

该电路主要的稳压芯片采用的是生产设计的UA7824芯片，该芯片输入电压可调范围宽，稳压性能好，功耗低价格低廉。在继电器电路设计的图纸中，稳压电源我大部分是用的这个芯片。

光电隔离电路设计方案（二）

新型电路原理

图1所示是笔者设计的隔离放大器的原理电路。本隔离放大电路主要由光电耦合器和运算放大器构成。光电耦合器选用普通光耦TLP521，运算放大器则选择通用运算放大器LF353。通过这两种普通器件的搭配。所得到的隔离放大器性能和专用模拟隔离放大器的性能相近。

图1所示是放大器加普通光耦组成的隔离放大电路。本隔离放大电路由输入和隔离输出两部分构成，且两部分使用隔离的电源（Vcc1、Vee1和Vcc2、Vee2供电。

输入部分由运放U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，光电耦合器OPT1、OPT2、OPT3、OPT4的发光二极管部分OPT1_A、OPT2_A、OPT3_A、OPT4_A和OPT1、OPT3的光敏三极管部分OPT1_B、OPT3_B组成，由正电源Vcc1和负电源Vee1供电。

OPT1_A、OPT2_A和OPT3_A、OPT4_A的电流构成差动放大输入。R1和R2为运放的输入电阻，R3和R4可为四个光耦的发光二极管（LED）提供偏置和控制电流。运放U1和光耦OPT1、OPT3组成了一个射级跟随器，R5上的电压即为运放的输入电压。

运放的带宽决定着构成隔离放大器的带宽。现有的集成模拟隔离放大器的带宽均在100kHz以下，而常用运放的带宽是这个带宽的几倍到几十倍。

因此，本设计选用一般的运放就可以满足输入部分的带宽要求。所以，输入级的运算放大器可选用普通运放（如LF353）。R7和C3用来滤波。本电路的隔离输出部分由OPT2、OPT4的光敏三极管OPT2_B、OPT4_B、电位器W1和输出电阻R6组成。

OPT2_B和OPT4_B为隔离输出，它的电路结构和输入部分的光敏三极管相似，用于为输出级提供电流。电位器W1用来调零。而两部分光耦的电流传输比有偏差时，就会造成光耦LED电流相等而输出级电流差不相同，从而使输出电压vo的零点产生漂移。因此，调节电位器W1可以消除这种由于光耦器件特性偏差所带来的零点漂移。R6为输出负载，它和电位器W1共同决定输出电压vo。

由此可知，本设计选用普通光耦即可（如东芝公司的光电耦合器TLP521）。

AD210AN集成放大器

AD210AN是AD公司的集成模拟隔离放大器芯片。在该隔离放大电路中，AD210的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟踪功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs，18脚和Vs共地。脚1和脚2为输出引脚，Rb为输出负载电阻（使用时可选Ra=Rb=1kΩ）。该电路可实现1:1的隔离传输功能。
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光电隔离电路设计方案（三）

光电隔离器可以组成多种应用电路，如光电隔离电路，长传输线隔离器，TTL电路驱动器，CMOS电路驱动器，脉冲放大器等。

光电隔离电路设计方案（四）

光电隔离是数据采集和控制系统抗干扰的一项重要措施，由于光电耦合器件的非线性，对模拟量的光电隔离会带来较大信号失真。为了提高光电隔离电路的线性度，采用负反馈方法把光耦器件的输出电流反馈输入端。进行光电隔离电路的静态特性试验。

深度负反馈电路设计，使用深度负反馈可以改善系统的线性度，根据这个原理，在此设计了模拟信号的光电隔离电路。在该电路中使用了1片LP521光耦和2片LM2904集成运放。LP521有两路光耦，其中一路用于信号转换，一路用于负反馈;运放2904，1A用于用于组成负反馈电路。运放2904构成了电压跟随器，用于增加电路带负载能力。模拟信号光电隔离电路如图3所示。

电路输出电压和输入电压是线性关系：LP521的两路光耦通道的发光二极管串联，通过2个二极管的电流If1=If2。因为两路光耦封装在1个器件中，光电特性基本一致，理想情况下可以认为两路光耦的集电极输出电流相等，即Ice1=Ice2。

根据理想运放的性质，可以得到下面的公式：

Vi=Ice2R1（1）

Vo=Ice1R2（2）

所以Vo=（R2/R1）Vi，输出电压和输入电压成正比，比例系数由R1和R2确定。

光电隔离电路设计方案（五）

一、RS485总线介绍

RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。

二、RS485总线典型电路介绍

RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示：

图1、典型485通信电路图（非隔离型）

当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻；在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用6.8V的，这个我们会在后面进一步的讲解。

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555金属探测器电路图（一）

电路原理图：

电路原理图

上图显示了金属探测器的电路图，这里555IC充当一个方波发生器，它产生人类所能听到的脉冲频率。引脚1和引脚2之间的电容器决定了输出脉冲为可听见的频率。

2.2F的电容和电感通过47k电阻形成一个RLC电路，该RLC电路是金属检测部分。这里的线圈是没有磁芯的，当金属片靠近线圈时，金属片作为空心电感器的磁芯，会使线圈的电感大大增加。随着线圈电感的突然增加，在相比没有金属片的情况下，RLC电路的总电抗或阻抗发生了相当大的变化。

当没有金属片时，给扬声器的信号会产生一些声音，现在，随着RLC电路周围的电抗变化，发送给扬声器的信号将不再像以前那样，因此扬声器产生的声音也与没有检测到金属时的声音不同。

因此，每当金属物体靠近线圈时，RLC的阻抗就会发生变化，从而导致扬声器中声音的变化。

555金属探测器电路图（二）

555构成的金属探测器电路

如图为555构成的金属探测器电路图。该电路由振荡器，混频器和频率--电压转换器等组成。具有灵敏度高，显示直观等优点。IC1（555）和L1，D1，RP1组成探测振荡器，L1为探测线圈，装在探测手柄内。其振荡频率f1=0.72R/L1，图示参数对应的频率为26kHz。选择26kHz的超长频率是为了减弱土壤对电磁波德吸收。IC2（555）和L2，D2，R1等组成参考振荡器。两振荡信号加至VT1进行混频，再将差频信号送入IC3。IC3采用LM2917，这是一支具有电荷泵和比较电路的集成电路，在这里用作频率/电压转换器，其线性度一般在0.3%以内，它将输入的差频转换成电压，在量程3V的直流电压表中显示。负载也可用音响电路来代替。
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555金属探测器电路图（三）

如图所示为双线圈金属探测器电路。该探测器由探测头、发射器、接收器、定时器和音响发射器等组成。

发射电路如图（b）所示，由多谐振荡器（IC1、R1、R2、C2）、单稳定时器（IC2、R4、C4）组成，且定时器IC2受多谐振荡器IC1输出的脉冲触发。振荡器的振荡频率为f=1.44/（R1+2R2）C2，图示参数对应的约为100Hz。定时器的定时时间为td=l.1R4C4，图示参数对应的约为165μs。在定时时间内，由IC2③脚输出的（高电平）信号使BG1、BG2饱和导通。

接收电路如图（c）所示，主要由差分放大器和检测放大器组成。差分藏大器IC5（μA709CP）将图（b）中线圈的感应信号进行差分放大，放大后的信号在定时电路的开启波门期间通过BG3，送至检测放大器IC6。

定时电路如图（d）所示，由IC3、R10、C7和IC4、R12、C9组成的两个单稳延时电路组成，且IC4受IC3的输出控制。其中前者的延迟时间为td=l.1R12C9，图示参数对应的约为36μs；后者盼延迟时间为td2=1.1R10C7，图示参数对应的约为50μs，其输出信号送至接收器的BG3，以作为开启波门。

音响发生器如图（e）所示，核心是由555（IC9）、BG4、R26、R27、C17等组成的多谐振荡器。当无金属感应信号时，由IC6⑥脚输出的信号使BG4截止，多谐振荡器不工作，相应喇叭不发声。当有金属感应信号，且搜索线圈逐渐向金属体靠近时，感应信号变大，则BG4的导通状况变好，从而使IC9的振荡频率逐渐增高，当接近金属体时，由IC9输出的高频振荡信号便驱动喇叭发出高频音响，表示此处有金属物体。

555金属探测器电路图（四）

基于TDA0161单片集成电路设计金属机身检测通过检测高频涡流损耗的变化，这些金属探测器电路图。对于探测金属，TDA0161需要一个外部LC调谐电路。

输出信号是由供电电流的变化。这个电流与电源电压无关，是高还是低的存在或缺乏密切的金属物体。本金属探测器电路使用两个LED，提供在金属线圈的周围，存在或不存在的视觉指示。要调整你需要的电路，以确保没有金属线圈附近，然后设置“中间位置”微调。之后，你需要调整课程的调整，打开LED，调整微调关闭LED。

这个探测器的电子电路工作在较大范围内的4-35伏的输入电压。如果您想要，您可以使用其他值CX电容和L1电感器（更改此值会影响振荡频率和检测范围）。

555金属探测器电路图（五）

采用锁相环IC的金属探测器电路如下图所示，使用锁相环ICNE565，灵敏度较高，探测距离可达75cm。其基本原理是锁相环IC中的VCO（压控振荡器）输出一相移信号，并把这相移信号反送至输入环路就是会锁定。这一电路会使网络的频率产生90度的相移，从而可以检测误差信号的存在。在探测距离为75cm以内时，本电路可区分出铁类金属和非铁类金属。当探测到的是非铁类金属时，VDO的频率增高，当控测到的是铁类金属时VCO的频率降低。

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