交流信號轉直流信號電路設計

　　隔離電路工作原理

　　由SLC800的LED，二極管PD1及運放U2A組成隔離電路的信號輸入部分，二極管PD2及電阻R10構成隔離電路的輸出部分。假定該隔離電路的輸入電壓為V_i，輸出電壓為V_o，SLC800的LED、PD1、PD2產(chǎn)生的電流分別為I_f、I₁、I₂，LED發(fā)光二極管與在PD1、PD2上產(chǎn)生的電流比分別為K₁、K₂，同時(shí)PD1與PD2的電流比定為K₃^[2]。當電壓信號經(jīng)過(guò)R₇→U2A+→R₈→LED→PD1→U2A-/R₉，此時(shí)運放U2A正好工作于深度負反饋中，使得SLC800產(chǎn)生一個(gè)穩定的輸出。

　　從SLC800數據手冊可知，I₂=K₃*I1，I₁=K₁*I_f，由于I_f=V_i/R₈，V_o=I₂*R₁₀，故：

　　V_o=K₁*K₃*(R₁₀/R₈)*V_i (3)

　　式(3)中K₁和K₃為每個(gè)芯片的特性參數^[2]，因此根據輸入信號范圍可適當選取R₈和R₁₀的阻值，以獲取合適的輸出電壓范圍。隔離電路中R₈不僅用于調節電流I_f大小，同時(shí)還用來(lái)調節由于芯片之間K值的分散度而導致的SLC800實(shí)際輸出電壓與設計值之間的偏差。

　　線(xiàn)性輸出電路

　　線(xiàn)性輸出電路主要是實(shí)現線(xiàn)性電流的輸出和調節整個(gè)變送模塊的輸出零點(diǎn)與量程。其構成及具體功能如下：

　　可調電阻R₂₁和U3A組成線(xiàn)性輸出電路的調零電路。2.5V直流參考電壓從穩壓管TL431獲得，通過(guò)可變電阻器R₂₁分壓調節整個(gè)電路最終輸出電流的零點(diǎn)。U3B用作光耦SLC800輸出的直流電壓V_o(見(jiàn)圖4)的輸入緩沖器，用來(lái)提高信號輸入阻抗，降低信號的負載。

　　運放U3A、U3B、U4A構成同相求和電路，可調電阻R₂₂為線(xiàn)性輸出電路的量程調節電阻器。U4B與R₁₇、R₁₈、Q₁構成深度負反饋，實(shí)現輸出直流電流與輸入信號成線(xiàn)性關(guān)系的功能。具體原理圖詳見(jiàn)圖5。

　　隔離電源

　　信號隔離不僅需要信號回路的前后級隔離，同時(shí)也要把信號回路前后級的供電隔離，這樣以避免因干擾通過(guò)供電電源對后級輸出產(chǎn)生影響。本次設計采用的隔離電源是金升陽(yáng)公司生產(chǎn)的A1209D-2W，它具有體積小，隔離電壓高，溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)^[4]。

　　測試結果

　　分別選正弦波、三角波、鋸齒波3種不同交流信號作為輸入，此次測試輸入的有效值為0～1.2V，測試結果顯示整個(gè)電路誤差保持在0.1%之內，滿(mǎn)足了一般現場(chǎng)的精度要求，測試數據詳細見(jiàn)表1。

　　結束語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)多次測試和現場(chǎng)用戶(hù)使用反饋，該模塊不僅精度高、線(xiàn)性度好而且穩定。同時(shí)其體積比較小，對現場(chǎng)空間要求不高，便于安裝。模塊中所用的器件多為通用元件，價(jià)格低且易于購買(mǎi)，大量使用時(shí)具有明顯的成本優(yōu)勢。使其不僅可以作為獨立儀器使用，也可嵌入到現有的直流輸入儀表及數據采集單元中，擴展其信號輸入種類(lèi)。因此，在解決交直流信號轉換問(wèn)題上該模塊具有很好的應用空間和市場(chǎng)價(jià)值。

　　參考文獻：
　　[1]童詩(shī)白,模擬電子技術(shù)基礎[M].第二版.北京:高等教育出版社,1998
　　[2]Solid State Optronics.SLC800數據手冊[Z].Rev 2.0,2012-09-17
　　[3]NI Multisim Fundamentals
　　[4] Mornsun.A_D-2W&B_D-2W系列數據手冊[Z].2012
　　[5]Analog Devices Inc,. AD711英文產(chǎn)品數據手冊[Z]Rev E, 2002