1引言

　　在實際信號測量系統中，經常需要對一些惡劣環境下的現場信號進行采集，被采集的信號既可能是數字信號，也可能是模擬信號。為了實現對信號的線性轉換而不把現場的噪聲干擾采集到測量系統中來，必須將被測信號和測量控制電路在電氣上實現隔離，光電隔離法是一種比較常用的方法。本文給出一種利用高精度線性模擬光耦器件HCNR201光電隔離法對模擬負電壓信號進行采集的電路。并通過實驗證明了此方法的正確性。

　　2 HCNR201的基本原理

　　HCNR201的內部結構如圖1中所示，包括一只高性能的 A1GaAs型發光二極管f圖1中的LED）、兩只極其相似的光電二極管f圖1中的PDl和PD2）。當LED中流過電流IF時，其所發出的光會在PDl和PD2中感應出正比于LED發光強度的光電流I。。和I。。由于PDl和PD2的特性非常相似，再加上安裝位置的精確性以及元件先進的封裝設計保證了該元件的高線性度和增益的穩定性，使得

　　IPD2=K·Iml （1）

　?。ㄆ渲蠯為常數約等于1，當芯片制作完成后隨之確定）。用該芯片設計電路對電壓進行線性測量時使用的就是這一特性。

　　3負電壓測量電路設計

　　圖2給出了實際測量負電壓的硬件電路。電路中將PDl引入電路是為了使的電路形成完整的閉環電路。從而達到形成負反饋、穩定電路性能的效果。

　　電路中的運放使用的是OPA2340（單電源供電，供電電壓范圍2．7～5V，滿量程輸出）；電阻R。起限流作用一般為幾百歐姆；電容C用來濾波，可根據被測信號的頻率的不同選定；電阻 R，、R：用來對對輸入電壓分壓，調整不同的阻值可以得到不同的測量范圍。設分壓系數為K。，則：

　　由于運放的供電電壓的限制，V。必須小于供電電壓，實際應用時可根據實際被測模擬量的范圍合理選R。、R：的阻值。根據“虛短”和“虛斷”原理可知：流過電阻R，的電流Ii=V。／ R，，即流過光電管PDl的電流

　　其中12為流過R5的電流由“虛斷”原理 bI。；K2為由于兩端供電電壓的不同引起的比例系數，當兩端供電電壓確定后K2為一常數

　　由于（6）式中的K、R。、R：、R3、R5均為常數，所以輸出電壓 與輸入電壓成正比。并且調整電阻R3、R5的阻值可以調整被測 表1輸入一輸出電壓比較表量模擬量的范圍；調整電阻K、K2的阻值可以得到不同的電壓放大倍數；當芯片以及供電電壓確定后、也隨之確定為常量，所以，此電路設計可以實現輸入與輸出的線性變化，經過標定后能準確測得輸入模擬量的值。

　　4正電壓測量電路設計

　　正向模擬量的測量電路的設計基礎與負向模擬量測量電路一樣，都是應用了PDl和PD2特性相似的特點。只是由于被測量的性質使的電路的電流方向的反向．從而導致了連線方式不同，實際電路設計如圖3所示。運用的負反饋原理與負向測量電路完全一樣。圖中的VCC是前端運放的供電電壓。

　　5實驗結果分析

　　由于正、負電壓測量的原理基本相同。數據的處理方法也基本相同，因此只對負電壓測量電路進行的數據處理。

　　筆者假設有一被測量電壓值約為一28V，測試系統根據要求選擇電路參數為：輸入輸出端運放供電電壓均為3．3V；各電阻阻值依次為：Rl=12K12、R2=IKD。、R，=200Kfl、R4=200n、R5= 200Kfl：電容C，=10pF。測得的數據如

　　表1所示，用On‘gin軟件處理實驗數據（輸入電壓絕對值與輸出的關系）如圖3所示。

　　圖3中點表示電壓輸入輸出對應點：黑線為電壓輸入輸出點的平滑連接線；紅線為校正曲線。由圖中可以看出，當輸入電壓小于10V時．輸出電壓值偏大，其線性度很差；輸入電壓在 10—40V之間時，輸出電壓有很好的線性．其線性誤差小于 0．3％。

　　由以上數據及處理結果可知：當輸出電壓大于1V，小于運放供電電壓（改電路為3．3v）時，輸出與輸入之間有較好的線性關系。因此在精度要求大于0．01V的負電壓測量中，用戶可以根據被測電壓量的大約范圍，設定電路中的各電阻值，使的輸 出電壓大于1V，從而實現電壓的準確測量。

　　6結論

　　本文給出了利用高精度線性模擬光耦器件HCNR201進行模擬電壓電氣隔離的基本原理和硬件電路，并用試驗的方法驗證了該方法的可行性和正確性。用本電路進行實驗得到的結果證明，該方法測量電壓線性度好，測量精度高，適用于模擬信號的檢測系統。