隔离放大器

5．1．4　隔离放大器

隔离放大器既具有通用运算放大器的性能，又具有将输入公共端与输出公共端（地）绝缘隔离的性能。其图形符号如图5．19所示，输入电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号和电源的传递均通过变压器耦合或光电耦合实现。因光电耦合线性度差，故更多采用变压器耦合。

图5．19　隔离放大器图形符号

与普通差动式放大器、测量放大器不允许共模电压高于放大器电源电压不同，隔离式放大器能承受上千伏的共模高电压。因此，在信号回路具有很高共模电压（数百伏至数千伏）的情况下，使用隔离放大器不仅能抑制干扰，正常工作，而且使用安全。

（1）变压器耦合隔离放大器

此类放大器有双隔离式结构与三隔离式结构两种。在三隔离式结构中，内部由三个变压器B1、B2、B3将放大器的输入、输出和电源隔离成三个独立部分。图5．20为其功能框图。它由单一的＋15V供电，分别借变压器B2与B3耦合获得输入与输出供电电源。调制器（MOD）与解调器（DEMOD）所用交流电源分别取自输入供电与输出供电电源，其输入公共端（18脚）、输出公共端（2脚）和总电源公共端（29脚）三个“地”互相绝缘隔离。这种结构形式的放大器有美国AD公司生产的AD210、AD290、AD295、GF289和AD3656型等。图5．21是采用AD210的热电偶信号放大电路原理图。图中，AD590为集成电流型温度传感器，其产生的与温度成正比的电流在62．3Ω电阻上作为热电偶冷端补偿电压。

图5．20　AD210功能框图

图5．21　采用AD210的热电偶信号放大电路

图中左侧电路所用电源±V_ISS由AD210的14脚、15脚提供，左侧输入电路的所有“地”端均应与AD210的18脚相连。而AD210的29脚不能与18脚相连，因为29脚是外部总电源＋15V的“地”端，而18脚为输入公共端；也不能与2脚相连，因为2脚为输出公共端。三者必须互相绝缘，方能体现隔离放大器原本的功能特色。

由图可知，OP07的增益为；AD210的增益为。电路总增益为101×1．73≈175。

AD210能抗高共模电压2 500V（rms），共模抑制达120dB，非线性率低达±0．012%，频宽可达20kHz，低的温度漂移（最大为±25×10^－6℃^－1）。

与三端隔离式相比，在两端隔离式结构中，有一个独立的输入公共端和一个在使用时与总电源公共端相连在一起的输出公共端。两者彼此隔离，实现隔离放大。典型产品有AD277、AD284和AD202／204等。

（2）光隔离放大器

最简单的光隔放大器可用光电耦合器件组成。单个使用会因耦合传输系数的非线性造成较大的非线性失真，影响传输精度。

图5．22是一个线性度较好的光隔离放大器。它是一个统一封装的双光电耦合器，其内由两个性能、规格相同的光电耦合器G1和G2构成。G1和G2的初级串联并用同一偏置电流i₁激励。设G1和G2的电流传输系数分别为β₁和β₂，则

图5．22　光隔离放大器电路

设集成运放A1为理想运放，则电路的电压增益为：

把式（5．37）、式（5．38）代入式（5．39），得

因G1、G2性能相同，电路结构对称，故可认为β₁＝β₂，且其非线性特性获得补偿，于是：

图5．22中，集成运放A2接成跟随器形式，可提高隔离放大器的驱动能力。电容C用于消除耦合器因初次级之间传递滞后使反馈延迟引起的电路自激振荡，以提高电路的稳定性。其容量按电路频率特性确定。