HSMJ-A431-X90M1电流串联负反馈放大电路

发布时间:2019/11/9 17:43:40 访问次数:1105

HSMJ-A431-X90M1放大电路光电隔离器在3.5.4节介绍过,现将其重画于图7.6.2所示光电传输系统的基本组成框图中。

光电传输系统的基本组成,发光二极管LED也具有单向导电性,其电流方程与普通二极管的电流方程相似,只是正向压降稍大一些,大约是普通二极管正向压降的2倍,但外加正向电压使正向电流足够大时,LED会发光。发出光的强度与1ED的正向电流成正比。光电隔离器中的光电二极管(图中D2)接收到LED的发出光后,会

将其转换为电流,此电流的大小与入射光的强度成正比。显然,利用光电隔离器可以实现输人、输出信号问没有直接电气连接的信号传输c但是,要实现信号的线性传输,并使负载上得到放大了的电信号,必须在电路中加人驱动电路和放大电路,如图7.6.2所示。如果去掉LED的驱动电路,即将输入信号电压直接加在LED上,由于LED的y~i特性的非线性,将使LED发出光的强度成为输入电压的非线性函数,从而使光电二极管的电流及负载上的电信号也是输入电压的非线性函数。为了强制流过LED的电流正比于rs,设置LED的驱动电路是非常重要的。在图7.6.2所示系统的输出回路中,为了使负载上得到与输人电压rs成比例的输出电压,需要将光电二极管的电流转换成电压,因此,输出回路的互阻放大电路也是必不可少的.

用集成运算放大器为图7.6.2中的光电隔离器设计一个带负反馈的驱动电路。设信号源电压us的变化范围为0~5V,内阻Rs=500Ω.要求LED的电流为jo1=10-3us(A)。所用运算放大器的开环增益auo=104,开环输人电阻Ri=5kΩ,开环输出电阻Ro=100Ω。设计后用SPICE检验发光二极管的电流。

解:因为输入信号来自一个有内阻的电压源,所以需要设计一个高输人电阻的放大电路,以减小放大电路对信号源的负载效应。又因为要求向LED提供io1=10ˉ3us(A)的电流,即要求流过LED的电流io1不失真,而且互导增益Agfs=io1/us=1ms,因此要求设计一个电流串联负反馈放大电路。可采用图7.6.3a所示的电路结构,图7.6.3b是它的小信号等效电路。

因为在深度负反馈条件下,Agfs=io1/us=1mS,所以Fr≈1kΩ。又因为Fr=uf/io1=io1rf/io1=rf,故取rf=1kΩ.

现在用SPICE验证设计结果,设置vs(t)=2.5(1+sin2tft)(Ⅴ),其中F=1kHz。对图7,6,3a进行瞬态分析,得到LED的电压和电流波形如图7,6.4a和7.6.4b所示3由图可见,LED两端的电压uo1波形失真很严重,这是由于LED的y~J特性的非线性引起的。LED的电流几乎是理想的正弦波,且有io1=10ˉ3us。说明设计的放大电路符合设计要求。

LED的电压和电流波形,(a)电压波形 (b)电流波形

例7.6.3 设计一个能将图7.6.2中光电二极管D2的电流转换为输出电压的放大电路。假设光电二极管的rs=75Ω,放大电路的负载电阻RL=500Ω。要求输出电压vo=±103fd(Ⅴ)(±号表示输出电压可以与输入信号同相,也可以反相)。设计中所用运算放大器的参数同例7,6.2。

解:设计要求将光电二极管的电流转换为输出电压,即电路的功能是实现电流一电压的转换,为此应设计一个互阻放大电路,而且为了减小放大电路输入端及输出端的负载效应,要求放大电路的输人电阻和输出电阻都应该很小,因此应在放大电路中引人电压并联负反馈。其电路结构如图7.6.5所示。其中直流电源ybias是光电二极管工作时需要的反向偏置电压。信号源f(lrs及内阻rs是光电二极管的低频小信号模型。