 |
W wielu dziedzinach elektroniki konieczne jest przesyłanie sygnałów analogowych (cyfrowych również) między obwodami z zachowaniem izolacji galwanicznej (między takimi obwodami nie może przepływać prąd elektryczny stały lub zmienny). Izolacja taka musi niejednokrotnie wytrzymywać próbę napięciową nawet kilku tysięcy V. Dodatkowo układ realizujący taką izolację nie powinien powodować zniekształceń przesyłanego sygnału. Układy o takich wymaganiach są konieczne np. w sprzężeniach zwrotnych zasilaczy impulsowych, w telekomunikacji, w aparaturze medycznej w celu odizolowania układów pomiarowych mających kontakt z ciałem pacjenta od reszty układu. |
|
|
|
 |
|
Zasada działania i obliczenia
Transoptor IL300 (produkowany dawniej przez firmę Siemens obecnie Infineon) składa się z izolowanych wzajemnie diody AlGaAs IRLED, fotodiody zapewniającej sprzężenie zwrotne oraz wyjściowej fotodiody PIN.
Na rysunku obok przedstawiona jest typowa aplikacja, która pomoże zrozumieć działanie układu IL300.
Dioda LED sterowana jest prądem IF z wyjścia wzmacniacza U2. Dioda pracująca w sprzężeniu zwrotnym przechwytuje część emitowanego przez diodę LED, zmieniającego się sygnału (wielkość przechwyconego sygnału wynika ze współczynnika przenoszenia K1) i wytwarza prąd Ip1 zapewniający sprzężenie zwrotne dla sygnału sterującego diodą LED. Takie rozwiązanie zapewnia dobrą liniowość oraz stałość charakterystyki temperaturowej gdyż każda zmiana prądu IF spowodowana np. zmianami temperatury przenosi się na Ip1, a w konsekwencji dzięki ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu kompensuje zmiany prądu IF. Wyjściowa dioda wytwarza sygnał Ip2, który jest w funkcji liniowej (współczynnik K2) do sygnału sterującego IF.
Sygnał sprzężenia zwrotnego Ip1 dzięki rezystorowi R1 jest podpięty do wejścia odwracającego wzmacniacza U2. Zakładając, że prąd płynący do wejścia wzmacniacza jest pomijalnie mały i całość prądu płynie przez R1, napięcie na wejściu odwracającym Vb jest równe
Vb=Ip1 · R1
z kolei prąd Ip1 jest proporcjonalny (współczynnik K1) do prądu przewodzenia diody IF, co można zapisać
Ip1=K1 · IF
czyli
Vb=K1 · IF · R1
Wyjście wzmacniacza U2 zasila diodę LED prądem IF wystarczającym do tego aby poprzez sprzężenie zwrotne doszło do wyrównania potencjałów na wejściach tego wzmacniacza, można więc napisać, że
Vin=Va=Vb
co dalej prowadzi do równania
Vin=K1 · R1 · IF
które się przyda do wyliczenia wzmocnienia całego układu.
Wyjściowa fotodioda podłączona jest do wejścia nieodwracającego wzmacniacza U3. Prąd tej diody Ip2 płynie przez R2 (pomija się wejściowy prąd wzmacniacza, zakładając że cały prąd płynie przez R2). Wzmacniacz U2 pracuje jako wtórnik napięciowy czyli napięcie wyjściowe jest równe
Vout=Ip2 · R2
z kolei prąd Ip2 jest proporcjonalny (współczynnik K2) do prądu przewodzenia diody IF, co można zapisać
Ip2=K2 · IF
czyli
Vout=K2 · R2 · IF
Chcąc wyliczyć wzmocnienie napięciowe całego układu
Ku=Vout/Vin
należy skorzystać z wcześniej wyprowadzonych zależności na Vin i Vout, w wyniku czego uzyskamy wzór
Ku=Vout/Vin=(K2 · R2)/(K1 · R1)
Przyjmując, że współczynnik przenoszenia całego układu jest równy
K3=K2/K1
można napisać, że
Vout/Vin=K3 · (R2/R1)
Dla układu IL300F współczynnik K3=1, jeżeli założyć, że R1=R2 to Vout=Vin. Najczęściej projektuje się układ separujący w ten właśnie sposób, że wzmocnienie całego układu jest równe 1. W omawianym przykładzie należy pamiętać o tym, że napięcie wejściowe musi być dodatnie. Oczywiście są rozwiązania układowe z IL300, które umożliwiają przenoszenie sygnału bipolarnego. Przykłady takich rozwiązań pokażę poniżej. |
|
 |
|
Przykłady różnych konfiguracji układowych
Opis przedstawiony wyżej pokazał jak działa układ Il300 dla sygnału wejściowego zmieniającego się między zerem, a napięciem zasilającym VCC. Oczywiście w układach często można spotkać sygnały bipolarne, tzn. takie które zmieniają się w obu kierunkach w stosunku do zera (masy). W takim przypadku aplikacja musi ulec pewnej modyfikacji. Dioda LED musi być wstępnie spolaryzowana napięciem referencyjnym Vref1. Aby na wyjściu otrzymać sygnał również zmieniający się wokół zera należy w wyjściowym wzmacniaczu zastosować napięcie referencyjne Vref2 lub też w przypadku rezygnacji ze zmian wokół zera sygnał wyjściowy będzie przesunięty o wartość Vref2 (patrz tabelka), a w miejsce Vref2 należy podpiąć masę.
Na rysunku obok przedstawione są możliwe kombinacje dla odwracającego i nieodwracającego wzmacniacza izolowanego z układem IL300. Poniżej w tabelce przedstawione są wzory, przy pomocy których można obliczyć układ odpowiedni do przewidywanego zastosowania. |
 |
Izolacja dla wzmacniacza w układzie odwracającym i nieodwracającym
| Wzmacniacz |
Wejście |
Wyjście |
Wzmocnienie |
Offset |
| nieodwracający |
odwracające |
odwracające |
 |
 |
| nieodwracające |
nieodwracające |
 |
 |
| odwracający |
odwracające |
nieodwracające |
 |
 |
| nieodwracające |
odwracające |
 |
 |
|
|
|
|
UWAGA: Wszystkie umieszczone schematy, informacje i przykłady mają służyć tylko do własnych celów edukacyjnych i nie należy ich wykorzystywać do żadnych konkretnych zastosowań bez przeprowadzenia własnych prób i doświadczeń, gdyż nie udzielam żadnych gwarancji, że podane informacje są całkowicie wolne od błędów i nie biorę odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikające z zastosowania podanych informacji, schematów i przykładów.
Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe umieszczone na tej stronie są zastrzeżone dla ich właścicieli.
Używanie ich tutaj nie powinno być uważane za naruszenie praw właściciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jakości.
All trademarks mentioned herein belong to their respective owners.
They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality.
Strona wygląda równie dobrze w rozdzielczości 1024x768, jak i 800x600.
Optymalizowana była pod IE dlatego polecam przeglądanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczości 1024x768.
|
| © Copyright 2001-2005 Elektronika analogowa |
|
|
