隔離放大器是一種特殊的測量放大電路,其輸入、輸出和電源電路之間沒有直接電路耦合,即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。輸入電路和放大器輸出之間有歐姆隔離的器件。是在自動化控制系統中對電壓電流、AC交流、4-20mA、0-5V、mV毫伏、PWM脈沖、Hz頻率、Pt100熱電阻、正弦波、方波、電位器、轉速等各種信號進行變送、轉換、隔離、放大、遠傳的集成電路,可與各種工業傳感器配合使用,滿足用戶本地監視遠程數據采集的需求。
隔離放大器作用
隔離放大器用于防止數據采集器件遭受遠程傳感器出現的潛在破壞性電壓的影響。這些放大器還用于在多通道應用中放大低電平信號。它們也可以消除由接地環路引起的測量誤差。由于不需要附加的隔離電源,帶有內部變壓器的隔離放大器可以降低電路成本。
隔離放大器主要參數
1、非線性度
定義為實際傳輸特性與最佳直線的最大偏差。以滿量程輸出的百分比表示,一般為±0.05[%]。常與輸出幅度有關,如有的隔離放大器輸出±5V時,非線性度±0.05[%],當輸出為±10V時,為非線性度±0.2[%]
2、最大安全差動輸入
定義為可以跨接在兩輸入端的最大安全電壓。如隔離放大器的輸入端內部有保護電阻, 則該電壓可高達百伏以上,否則僅為±13V左右。有瞬態高壓的信號源時,該參數很重要。
3、共模抑制比
分兩種:1.為輸入端到護衛端的共模抑制比CMRRIN,2.輸入端到輸出端的共模抑制比CMRRIO隔放的共模誤差為CMRRIN和CMRRIO所造成的誤差之和。
4、漏電流
定義為市電加在輸出端與系統地(輸出地)之間時,在輸入端的最大電流。(在生物醫學、醫療設備應用時需要注意)
5、輸入噪聲
隔離放大器內部噪聲折算到輸入端的總噪聲
6、隔離電源
隔離放大器可向外部電路提供的、與供電電源完全隔離的電源。一般為正負雙電源。
隔離放大器工作原理
隔離放大器ISO-124P利用占空比調制/解調技術實現信號的隔離。如下圖所示,跨接在2pF(2個1pF)的差分容性隔離柵的信號以數字化的方式傳送。借助于數字調制,隔離柵的特性不會影響信號的質量,保證了信號傳輸的可靠性和頻率響應。
ISO-124P的工作過程:200uA的恒流源經過開關SW的切換,得到電流I1=±100uA。輸入電壓Vin為零時,電流I2=I1=±100uA。積分器A1對電流I2積分,其輸出uo1為對稱三角波,比較器的輸出為對稱方波。當輸入電壓Vin不為零時,200kΩ的輸入電阻中有電流,I2≠100uA,積分器A1正反向積分的斜率將發生改變,uo1為鋸齒波,如上圖中的uo1的波形。經過比較器后得到非對稱的方波——占空比調制。該信號經過隔離柵被放大器S2感知,并控制右側的開關電流源給積分器A2提供積分電流。輸出級的輸出電壓Vout通過200kΩ電阻里的電流去平衡占空比調制的電流,使輸出電壓Vout的平均值等于輸入電壓Vin。輸出反饋回路中的采樣保持器可以濾除解調過程中的紋波。
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