原标题：线性光耦用于模拟信号阻隔，远比你幻想的作用好！
1. 线形光耦介绍
光阻隔是一种很常用的信号阻隔方式。常用光耦器材及其外围电路组成。因为光耦电路简略，在数字阻隔电路或数据传输电路中常常用到，如UART协议的20mA电流环。关于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，而且随温度改动较大，约束了其在模拟信号阻隔的运用。
关于高频沟通模拟信号，变压器阻隔是最常见的挑选，但关于直流信号却不适用。一些厂家供给阻隔扩大器作为模拟信号阻隔的解决方案，如ADI的AD202，能够供给从直流到几K的频率内供给0.025%的线性度，但这种阻隔器材内部先进行电压-频率转化，对发生的沟通信号进行变压器阻隔，然后进行频率-电压转化得到阻隔作用。集成的阻隔扩大器内部电路杂乱，体积大，本钱高，不适合大规模运用。
模拟信号阻隔的一个比较好的挑选是运用线形光耦。线性光耦的阻隔原理与一般光耦没有不同，仅仅将一般光耦的单发单收形式稍加改动，添加一个用于反应的光承受电路用于反应。这样，尽管两个光承受电路都是非线性的，但两个光承受电路的非线性特性都是相同的，这样，就能够经过反应通路的非线性来抵消直通通路的非线性，然后到达完成线性阻隔的意图。
市场上的线性光耦有几中可挑选的芯片，如Agilent公司的HCNR200/201，TI子公司TOAS的TIL300，CLARE的LOC111等。这儿以HCNR200/201为例介绍。
2. 芯片介绍与原理阐明
HCNR200/201的内部框图如下所示
其间1、2引作为阻隔信号的输入，3、4引脚用于反应，5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作IF，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流别离记作IPD1和IPD2。输入信号经过电压-电流转化，电压的改动体现在电流IF上，IPD1和IPD2根本与IF成线性联络，线性系数别离记为K1和K2,即
K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%），而且随温度改动较大（HCNR200的改动规模在0.25%到0.75%之间），但芯片的规划使得K1和K2持平。在后面能够看到，在合理的外围电路规划中，真实影响输出/输入比值的是二者的比值K3,线性光耦正运用这种特性才干到达满意的线性度的。
HCNR200和HCNR201的内部结构完全相同，不同在于一些目标上。相关于HCNR200，HCNR201供给更高的线性度。
选用HCNR200/201进行阻隔的一些目标如下所示：
* 线性度：HCNR200：0.25%，HCNR201：0.05%；
* 线性系数K3：HCNR200：15%，HCNR201：5%；
* 温度系数：-65ppm/oC；
* 阻隔电压：1414V；
* 信号带宽：直流到大于1MHz。
从上面能够看出，和一般光耦相同，线性光耦真实阻隔的是电流，要想真实阻隔电压，需求在输出和输出处添加运算扩大器等辅佐电路。下面临HCNR200/201的典型电路进行剖析，对电路中怎么完成反应以及电流-电压、电压-电流转化进行推导与阐明。
3. 典型电路剖析
Agilent公司的HCNR200/201的手册上给出了多种有用电路，其间较为典型的一种如下图所示：
设输入端电压为Vin，输出端电压为Vout，光耦确保的两个电流传递系数别离为K1、K2，明显，，和之间的联络取决于和之间的联络。
将前级运放的电路提出来看，如下图所示：
设运放负端的电压为，运放输出端的电压为，在运放不饱和的情况下二者满意下面的联络：
Vo=Voo-GVi (1)
其间是在运放输入差模为0时的输出电压，G为运放的增益，一般比较大。
疏忽运放负端的输入电流，能够认为经过R1的电流为IP1，依据R1的欧姆定律得：
经过R3两头的电流为IF，依据欧姆定律得：
其间,为光耦2脚的电压，考虑到LED导通时的电压根本不变，这儿的作为常数对待。
依据光耦的特性，即
K1=IP1/IF (4)
将和的表达式代入上式，可得：
上式经变形可得到：
考虑到G特别大，则能够做以下近似：
这样，输出与输入电压的联络如下：
可见，在上述电路中，输出和输入成正比，而且份额系数只由K3和R1、R2确认。一般选R1=R2，到达只阻隔不扩大的意图。
4. 辅佐电路与参数确认
上面的推导都是假定一切电路都是作业在线性规模内的，要想做到这一点需求对运放进行合理选型，而且确认电阻的阻值。
4.1 运放选型
运放能够是单电源供电或正负电源供电，上面给出的是单电源供电的比如。为了能使输入规模能够从0到VCC，需求运放能够满摆幅作业，别的，运放的作业速度、压摆率不会影响整个电路的功能。TI公司的LMV321单运放电路能够满意以上要求，能够作为HCNR200/201的外围电路。
4.2 阻值确认
电阻的选型需求考虑运放的线性规模和线性光耦的最大作业电流IFmax。K1已知的情况下，IFmax又确认了IPD1的最大值IPD1max，这样，因为Vo的规模最小能够为0，这样，因为考虑到IFmax大有利于能量的传输，这样，一般取最大值。
别的，因为作业在深度负反应状况的运放满意虚短特性，因而，考虑IPD1的约束，这样，R2的确认能够依据所需求的扩大倍数确认，例如假如不需求扩大，只需将R2=R1即可。
别的因为光耦会发生一些高频的噪声，通常在R2处并联电容，构成低通滤波器，详细电容的值由输入频率以及噪声频率确认。
4.3 参数确认实例
假定确认Vcc=5V，输入在0-4V之间，输出等于输入，选用LMV321运放芯片以及上面电路，下面给出参数确认的进程。
* 确认IFmax：HCNR200/201的手册上引荐器材作业的25mA左右；
* 确认R3：R3=5V/25mA=200；
* 确认R1：;
* 确认R2：R2=R1=32K。
5. 总结
本文给出了线性光耦的简略介绍以及电路规划、参数挑选等运用中的注意事项与参阅规划，并对电路的规划办法给出相应的推导与解说，供广阔电子工程师参阅。
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