模擬信號隔離變換技術及其應用

時間：2022-03-14

模擬信號：0-10mA/0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V/0-±5V/1-5V等輸入輸出隔離與變換。說明：ISO系列隔離放大器是一種混合集成電路（IC）集成電路板，可按比例隔離和轉換模擬信號。分為有源（含輔助電源）型和無源型兩大類。無源IC包括電流信號調(diào)制解調(diào)電路、信號耦合隔離轉換電路等，較小的輸入等效電阻使IC的輸入電壓達到**寬范圍（7.5—32V），以滿足用戶*外接電源即可實現(xiàn)遠距離無失真信號傳輸?shù)男枨?。?nèi)部陶瓷基板，印刷電阻工藝和新技術隔離措施使器件能夠滿足3KVAC絕緣電壓和工業(yè)級寬溫、濕度和振動領域的惡劣環(huán)境要求。ISO 4-20mA系列產(chǎn)品使用非常方便，*任何外接元件即可實現(xiàn)4-20mA電流環(huán)路隔離或一進二出、二進二出等信號轉換功能。有源IC是將高隔離度的DC/DC電源和高性能線性光耦集成在同一芯片上的混合集成電路。芯片除了為內(nèi)部放大電路供電外，還可以對外提供兩組隔離的正負直流電源和兩組5VDC穩(wěn)壓參考源（信號輸入輸出端），專門用于外部電路擴展，如電源。橋式電路、小信號前置放大電路等用戶**電路。該系列產(chǎn)品具有20KHZ的寬信號帶寬，可對0~±10VDC雙向直流信號或0~5VAC交流信號進行隔離、調(diào)理和變換。

IC體積小，使用非常方便。只需很少的外部元件即可實現(xiàn)模擬信號的（I/II/VV/IV/V）隔離和轉換功能。主要應用領域：模擬信號數(shù)據(jù)采集、隔離傳輸和供電、工業(yè)現(xiàn)場信號的隔離傳輸和變換、地線干擾抑制、遠程信號無失真?zhèn)鬏?、儀器儀表和傳感器信號的隔離和變換。電氣設備和醫(yī)療設備的安全屏障。產(chǎn)品體系：信號地的噪聲會導致信號損壞。隔離可以將信號分離到干凈的信號子系統(tǒng)地，使傳感器、儀表或控制系統(tǒng)與電源相互隔離，從而保證整個系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行。

在又一應用中，參考電平之間的電連接可以被隔離以產(chǎn)生對操作者或患者不安全的電流路徑。依靠不存在**器和接收器來跨越隔離屏障的信號隔離設備曾經(jīng)用于數(shù)字信號，但線性化問題迫使模擬信號隔離必須通過變壓器、光耦合器、電容器或光伏電池等設備來完成。模擬信號隔離：在許多系統(tǒng)中，必須隔離模擬信號。模擬信號考慮的電路參數(shù)與數(shù)字信號完全不同。模擬信號通常首先考慮：精度或線性度、頻率響應、噪聲等。然后是對電源的要求，要求高隔離、高精度、和低噪聲，特別是對于輸入級。還應注意，隔離放大器的基本精度或線性度不能通過相應的應用電路來提高，但這些電路可以降低噪聲并降低輸入級功率要求。對于電源噪聲的干擾，可以使用調(diào)制載波使模擬信號越過這個屏障。ISO 4-20 等兩線制無源信號隔離放大器簡化了模擬隔離。輸入信號經(jīng)過占空比調(diào)制并以數(shù)字方式通過屏障發(fā)送。輸出部分接收調(diào)制信號，將其轉換回模擬信號，并去除調(diào)制/解調(diào)過程中固有的紋波分量。信號隔離的另一個問題是隔離放大器輸入級所需的功耗，而隔離放大器的輸入阻抗和自身的等效電阻是問題的癥結所在。雖然輸出級通常以機箱或地為參考，但輸入級通常浮動在另一個電位。因此，輸入級的電源也必須隔離。通常使用單電源（5V/12V/15V/24V）代替理想的正負雙電源。二、原理介紹經(jīng)過反復實驗驗證，該系列產(chǎn)品達到了預期目的。附圖說明：圖一、隔離放大器原理框圖輸入級通常浮動在另一個電位。因此，輸入級的電源也必須隔離。通常使用單電源（5V/12V/15V/24V）代替理想的正負雙電源。二、原理介紹經(jīng)過反復實驗驗證，該系列產(chǎn)品達到了預期目的。附圖說明：圖一、隔離放大器原理框圖輸入級通常浮動在另一個電位。因此，輸入級的電源也必須隔離。通常使用單電源（5V/12V/15V/24V）代替理想的正負雙電源。二、原理介紹經(jīng)過反復實驗驗證，該系列產(chǎn)品達到了預期目的。附圖說明：圖一、隔離放大器原理框圖

3、典型電氣性能指標：

三、典型應用技術圖三、是ISO系列隔離放大器典型應用接線示意圖，輸入輸出放大器為跟隨器模式。此時隔離放大器整體放大倍數(shù)為20倍，R1、R2、W1為調(diào)零電路，R1=5.1K R2=2K W1=2K（多圈電位器）。輔助電源為+12VDC R3、W3為增益調(diào)節(jié)電路，R3=39K W3=10K（多圈電位器）

信號輸入放大器設計：圖4所示為輸入放大器電路。當輸入放大器的輸出（21腳COM端）為0.5V時，輸出為5V（13腳和14腳短路時）。輸入反相放大電路：圖5為輸入反相放大電路接線圖，其中放大倍數(shù)為：Kin = - R11/R12R3 = R11//R12 例如：當輸入Vin為0~-100mV，輸出為0~5V，可取：R11=50K R12=10K R13=8.3K 放大倍數(shù)：Kin=-50/10=-5 輸入同相放大電路：圖6為輸入接線圖同相放大電路，其放大倍數(shù)為：Kin=1+R2/R1

ISO 1001 為用戶設計了輸出放大器。原理如圖 7 所示。FB 是放大器的反相輸入端。13、14腳短接時，輸出放大倍數(shù)Kout=1+33/10=4.3，由于隔離放大部分有2.35倍放大，總放大K =4.3*2.35=10.1。當輸入放大器的COM端電壓沒有達到0.5V時，可以通過輸出放大器調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，如圖8所示，W2可以為1~100K（多圈電位器）。

四、典型應用實例應用實例一：用隔離放大器直接測量高壓信號取R3=39K W3=10K（多圈電位器） R1=5.1K R2=2K W2=2K（多圈-turn 電位器）當輸入信號較小時，可以使用圖6中的同相放大電路，使輸入放大器的輸出（即COM端的電壓）在0.45~之間0.48V，其余同圖9。

應用實例2：測量電橋輸出的差分小信號。接線圖如圖10所示。輸入：0~±25mV橋式差分小信號輸出：0~±10V直流隔離信號A1、A2與輸入放大器組成數(shù)據(jù)放大器，取R=100K RG= 5K則數(shù)據(jù)放大器放大倍率為Kin=100/5=20。電路其他元件的選擇：取R1=5.1K R2=2K W2=2K（多圈電位器）取R3=39KW3=10K（多圈電位器）

四、產(chǎn)品外形尺寸及管腳說明 DIP 24-pin封裝IC尺寸圖，見圖11 DIP 24-pin封裝IC管腳定義圖，見圖12

SIP 12腳封裝的IC尺寸及IC管腳定義圖如圖13所示

總結隨著現(xiàn)代電子技術的飛速發(fā)展，有許多新器件可供技術人員開發(fā)和設計。通過新器件的功能擴展，可以開發(fā)出許多實用的新產(chǎn)品，從而推動電子產(chǎn)品的不斷新?lián)Q代，向低成本、小型化、多功能化、智能化方向發(fā)展。我們的ISO系列產(chǎn)品具有國內(nèi)外同類產(chǎn)品的低成本、小體積、高精度、多功能等良好技術。廣泛應用于工業(yè)控制、醫(yī)療設備、儀器儀表等系統(tǒng)中地電位相差很大的電路設計中。

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