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    • 电子元器件手艺材料201

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    • 作者:张大丽
    • 发布时间:2017-09-14 16:48
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      龙虎国际娱乐电流小信号隔离采集板的设想取实现 邱吉冰, 等电流小信号隔离采集板的设想取实现D s n n mP m n t no l li n cu i nB a ei adI I et i fs ao dA q i i or g e ao o t na so t d fr ma C r n s nl o s l ur t i a l e g 邱 吉冰赵 伟( 南京航空航天大学研究核心, 南京 2(1) 1 6 ) X 摘 要: 针对电流小信号采集中存正在噪声干扰的问题, 采用高线性度模仿光祸 H N 0 设想了电流信号隔离采集板。引见了 H - C R1 2 C N 0 的工做道理, 2 R1 设想了隔离采集板的硬件电, 阐发了信号的变换过程、 理论根据和参数选择。尝试成果证明该设想准确可用, 具有较高的采集精度和线性度, 正在对不变性、 丈量精度要求高的场所具有普遍的使用前景。 环节词: 模仿隔离 线性度 电流小信号 采集板 中图分类号: M T9 3 文献标记码: AA rc: ii at ni j mn P b t iaqitn fm lu n s a , nsao ad qitn a f c n sn i 加t t Am嗯 th oea i r l n cu i osa crt i l a ili n a u i b r o u t i a s a e sm g o e s n so i l e n gs ot n c s o o d r r i e gldsnd s o H N 0 h 一 e taa P i c P rTe pri aPnie H N 0 ii uc . e al c u o ege h e n C R l g l aynl t c ol . oe olr c O C R lsn l a d 2 i ir h ni 蜡O a u e h l t a ni Pf l 2 帅d e , hn a i i dF h w e c f r rt h st n c si b n i ege , e s l i f i l h e af nao a Pa t s etn nl e EP e- t i ao aqitn a1 dsnd t 加n nao os a t r cl udtn d r e re co a aa z . xem n eOi U i o l o s 1 h o t f l n g , e t o i n am e l i r y d n o i e i r l st 0 h h e g e l h g a e l P v t t d i s a b , t i r cU s o p ci n le y t a b a al av p set ne t o山 t r us r e t e snif ie 初 h e aqitn r io ad i at Ih a o d Pcte r pcudrh cn - a s h i e sn i nr . s i P ii o etn r u n h hs it adm a 飞 peio. i e i g i t l n es o qr s i g a i b y i r u r sn cie w r A a gsao K y od: n o ili U e t s a c n s l A 职itnba s l o n nay m l 吟 t i t i r l ,a c si o 记 io0 引言正在航空机电设备中, 经常需要对模仿信号进行采道理, 利用该器件设想了针对电流的小信号隔离采集 电, 会商了参数选择, 并对尝试成果进行了阐发。集和丈量。因为飞翔器内部空间的, 设备安拆相 对比力紧凑, 工做时容易彼此发生电磁干扰, 飞翔器电 推进手艺的使用更是加剧了电磁的恶化。正在强干 扰下进行数据采集, 各类干扰信号城市跟着被测I H N 0 的次要布局和工做道理 C R1 21I H N 2 的次要布局 . C P0 1模仿光祸 C R1 H N 0 由三个光电元件构成, 2 其布局道理如图 1 所示。LD E 阴极....心 NC ....信号进人到采集和丈量系统[, ’一方面这些信号叠加 〕正在有用的被测信号上会影响丈量精度; 另一方面, 高电 压、 大电流的干扰信号窜人处置器电( M U D 如 C 、S P 等)轻则形成系统不不变, , 沉则对这些器件形成。LD E 阳极P。 D 阴极。 丈....心 NC ....一几 , 华 工 一 l n 1 ,PZ D 阴极P 阳极 D.卜于 ++士 PD: 一 协 ‘ 一 阳极为了减小噪声对采集电的影响, 提高系统 不变性并确保丈量成果精确, 往往将被测电和测试 电正在电气长进行隔离, 光电藕合器隔离是一种较理 想的选择。通俗光藕适合开关量的隔离传输, 可是对 于模仿量不克不及传输的精度。H N 0 是 A et C R1 2 l i gn图 I H N 0 的布局道理图 CR 1 2F I A het o H N 0 i . g 沈 ic r f C R 1 tu e 2一个高机能的铝稼砷发光二极管 L D和两个光 E公司出产的一种高线性度的模仿光祸工, ’利用它实现 〕的多种光电隔离电可满脚模仿信号隔离对不变性、线性度和带宽的需要。本文引见了H N 0 的工做 C R1 2点窜稿收到日 2 拓一 一 期: X 2 ( 1 肠。 第一做者年吉冰, 18 年生, 男, 1 9 现为南京航空航天大学、 制导 取节制专业正在读硕士研究生; 次要研究标的目的为组合手艺、 数据采集取处置 。敏二极管P , D 慎密婚配, D、 Z P 此中LD和P : E D 位于光 祸的输人端,D 位于光藕的输出端。电流 1流过 PZ , & E LD时, D发出的光祸合到 P , P Z E L D 和 D 上。P , D吸 收LD E 发出的一部门光, 发生节制电流( 输人电流)o 该电 用来LD P, ,. 流 E 的光强度输出, 从而使之不变, LD的非线性和漂移特征;D 输出光敏电 消弭 E PZ 流几, 。该电流取LD的光强度输出呈严酷线性关系。 , E因为采用了先辈的半导体封拆工艺对三个光电元件进( 从动化仪表》 2 卷第 4 第8 期 27 0 年4 月 电流小信号隔离采集板的设想取实现 邱吉冰。 等 行了细密婚配, 确保了光藕具有很好的线性度和不变的增益。单极性电压信号被模数转换器采样, 并送人微处置器处置。整个采集板要求单极性电 源供电[。 J ,按照以上目标要求, 提出了如图 3 所示的设想方 案。即隔离采集板由F V转换、 光电隔离、 滤波、 灯D 1 = II 即 K ?F 转换、 处置器等部门构成。本文着沉引见 刀 D转换前 编二 I : 凡’ r 的信号调度和光电隔离电。I编. 之间 如下 性 满脚 线 关系: F 、 、 编,K二 编. 编/ ( ) 1 式中:, 别离为输入、 K、 凡 输出光敏二极管的电传播输比, 其典型值均为 04%, . 8 为传输增益, 对于每一只 H N 0 来说是恒定的, C R1 2 其值正在 1 00 之间。 士. 5 1Z H N 0 的典型使用电及工做道理 . C R1 2 用 H N 2 实现的一个简单隔离放大电如图2 1 C B0所示 。Vl ,-七二口,一图 3 隔离采集板硬件框 图 F . a wr l k i a f sa d c s o ba H r a b c d g mOile a卿itn or i3 g d e o a r ot i i dR l c i-月 卜P 。叹知 D2习E 一 L }令门 沈 叮 ,不 生镖引 一 上 , o 恻二 U 一v ‘22 光电隔离电硬件设想 . 正在设想中, 除线只 运放及四周的阻容元件形成了如图4 所示的电流小信 号光电隔离电。按照H N 1 0 的数据手册知,E CR 2 LD驱动电流 人的工做范畴正在 1 2 n , 一 1 由式( 得出, 0 A ) 1 光敏二极管的图 2 隔离放大电 工做电流应小于1 卜 , 0 A所以输人电流不克不及间接加正在F Z l ao aPfriu i 乡 st n li c i l oi m i r t e c该模仿光藕的工做道理简单而言, 即运算放大器P, D 两头, 这里采用了先将电流小信号转换成电压, 再 经调度后接正在 P , D 两头的方案。输人电流 人毗连到 、I 的反向端, 运放的同向端毗连一个电压值为 A正在P, , D和比D 构成了 之间 一个反 实 馈, 现编. r 运放UA 对I . V的恒压源( 按照抱负运放“ 虚短” 的特征, 可知该 的 节。由 想 调 理 运放“ 短”“ 虚 、虚断” 特征可知, 的 编: 2S, 取值仅取决于 输人电 I和电阻R, 压V N : 即编 = R; 电电流输报酬零)正在运放外围电阻的共同下形 蛛/, 正在运放的输出端获得一个输出电阻 输出 运放器A 把PZ 端的 Z D发生的电 流场2 转换成电 压 成电流并联负反馈,o v 输出, r ’ u 即编:v /Z 由 上两 关系 结合式 = uR。 以 个 式 o T( 可得出输人输出电压之间的关系: ) 1 凡。 K () / N二K? R/ Z (l ) R 2趋于零的电 压源( 假定为认) 按照叠加, 。 有: U =1 ? R + V) 2S .V : ; (, R I + N () 3当反馈电阻为 s n时, o 双极性的输人电流信号由式( 可见, u K 成线 o 和 VT N 通过调理 R、Z : 两个电阻 就能够 R 值, 改变该隔离电 增益。 的人转换成了 N 单极性的电压信号 U, ,以利于利用单电源供电。2 电流小信号隔离采集板的硬件电设想21 目标要乞降方案框图 . 电流小信号隔离采集板要求采集带宽为 I H 、 k z峰 值为0 5l 一 1 l A的交换信号, 对被测电流实现零输 人, 经光电隔离放大后转换为动态范畴约正在0 4 一 V的接下来信号即进人 H N 0 光祸隔离部门。 I CR1 2 R 取LD串 接正在S E 联, V电源和运放输出端之间, r 把I静 工 态 做点设定表rm 摆布 按照式( 可得出 oA 。 ) 1编.静态工做点, 的 并依此选择电阻R 的阻值。 Z 正在各参数选择得当后, 光藕不变工做,D 发生线性反映 PZ几 的电 D D 流几Z :图4 电流信号光电隔离部门电图 F . Cr i o cr n s a ote c n io tn i 4 ius u ti l P o l t i s li g c tf e n g 一e r c lao oP 0 E SA T MA NI S R ME T n0 V l N . p 双 7 R C S U 0 n0 N T U N A N 0. 8 2 o4A 司 灿 电流小信号隔离采集板的设想取实现 邱吉冰, 等I: K 几l K?U R) P = ?D= (, Z 。 /() 运放的输出端信号波形表示为正弦波和高频毛刺信号 4的叠加, 且毛刺信号有湮没正弦信号的趋向。正在c、 ,C 上并联较大的电容时, , 以上两点波形逐渐改善, 当第3 只运放把光藕输出 D 上发生的电流变换 端PZ成电压信号( 正在运放U 输出端获得, A Z 假定为认)其工 ,做道理取第 1 只运放不异。C= 40 p 时, : q二 7 F 信号最为抱负。当增大输人电流的峰值时, 上述两个运放的输出端不雅测到较着的饱认 =几: (4 R () 。?R + 矶) 5 C、Z , 为反馈电容, C 用于提高电 的不变性, 消弭自 激振荡, 滤除电中的毛刺信号, 可无效降低电的输出噪声。和 6。 失实[ 通过增大R 的阻值到3 k , j Z 1f 减小R 的 l 。阻值到l n, o 并调整运放 UA的反馈电阻, Z 曲至输 人满幅值电流并正在运放UA Z 的输出端不雅测到动态范畴 正在0 2I 一 . v的无失实正弦信号, 经后级滤波增益后正在输出端不雅测到峰峰值为 0一 . 4ZV单极性正弦信号。由图4 信号最初颠末一个压控电压源二阶低 可见, 通滤波电, 用来滤除信号正在传输、 隔离过程中发生的 高频噪声。 该电的特点是既有较宽的通频带, 又有较大的 减 率。 择R二 1 k , l p, 衰 频 选 S 凡=. n几=o F计较 6得 二/ 尧 k ( 止 率儿略 f 。 择 o 2 f 1 诫c IH 截 频 z 大于 ) 选 o凡 二 = 2n 其通频增益为A 1 凡/, 凡 6 k, . = + R( 此时低通 特征最好)」 可见, 中 s [。 图4 最初输出的电压信号满脚下式针对分歧的输人电流, 对输出电压进行多次采样 丈量, 2 组样本, A L B中利用p 声t , , 取得1 正在M T A o x f ( y n 拟合出一条一次曲线, ) 使用该一次曲线 可见, 该隔离采集板线性度好,完全满脚设想目标要求。结合式( 式()可得出最终输出电压 Uu 一 6 , ) 3 o’ r 取被测电流 入 的关系为: No T=2? Uu 认 ( ) 4 竣事语 6姚 “ ’ + )又」 一 一 ( 讲 Z L R +5一飞 K 塌风 V , 二 7 )值得留意的是光藕的前向通道和后向通道之间要 做好电源和地的隔离, 以防止干扰信号通过电源和地凡 +RU 本文给出了使用高线性度模仿光祸进行电流小信 号隔离采集的硬件电, 阐发了其工做道理。尝试表白, 理 择电 容参数, 合 选 阻 节制电 P. 流I 正在必然 n 范畴( I5 泌 ) 可使HN 0 的内 I蕊 D P 0 内, CR1 2 部光电 元件不变运转, 整个系统具有较高的线 ,无效处理了航空机电设备中强干扰下小信号隔离 采集问题, 可普遍使用于对不变性、 丈量精度要求较高 的模仿隔离使用中。参考文献 1 葛长虹. 工业测控系统的抗干扰手艺〔 〕 : M. 冶金工业出书社, 6 2 . 0窜人光藕的 通道[。由 后向 ] 4 于隔离板采用s 单极性 v电源供电, 而输出电压信号范畴较宽为0 4 , 一 V 所以本 设想选用了竹出产的单电源供电、 轨至轨输出的细密运 P 4, 放o 3 [ A 5] 。3 尝试调试和成果阐发针对分歧峰值的正弦交换电流, 利用示波器察看图4电中UA UB Z、 , 两个运放的输出端等测试点的波形 , 对隔离采集 电板进行 了多次尝试 和参 数调整,先 后处理 了 自激振 荡 和饱 和失 线 童诗白, 华成英. 模仿电子手艺根本〔 〕 第四版. M. : 高档教 育出书社, 1 2 . 0 3 李彦朋, 阳, 刘 廖湘平, 数据采集中采用细密线性光荆 竹 等. 口加 实现模仿量的隔离【〕 无线 14 贾政亚, 张丽燕, 川. 一种轨至轨输人的低压低功耗运放的设想【] 电子设想使用, 拓, 4 : 一 . J. 2 l )2 2 创 4 1 4 ( 5 刘 朋, 王卫红. 模仿光祸S 8 正在转台系统中的使用【〕 仪 C L0 J. 器仪表用户, , 2 : 5. 2 51( )5 一 4 ) X ( 2 2 6 卢永刚, 陈隆道. 程控隔离电源正在仪器仪表中的使用【j 自 J. 动化 仪表, 12 4 : 5. , ( )4 一 4 2 ) X ( 2 8】 . 】 , 】 甲 》 曰 , 丫 】当输人峰值为3 A的正弦交换电流时, 3 m 正在第 只 运放的输出端几乎不雅测不到法则的正弦信号, 且示波 器显示其频次正在数百 k z H 到数十M z H 之间, 正在第二只幽 曰 山 曰 乙 曰 山 曰 ‘ 曰 舀 叭 二 叭 山 叭 二 叭 山 曰 舀 曰 山 曰 占 曰 山 曰《 从动化仪表》邮发代号: 一 月, 城 4 J 岌打年订价: 0 元, 丘 全年价: 肠 元; 几 国外代号: 盯1 N2》 】 , 》 」 甲 ,次送赐稿 ,次送打 肉,次送贵重 建仅 ,次送 惠封各 类广 告』 甲 丫妙《 动化仪表》 2 卷第 4 自 第8 期 27 0 年4月

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