光耦合器作為一種比較常見的重要電子元件，在很多電路系統中都能看到它的身影，而在數據采集系統的電路設計中，光耦合器同樣是一種不可或缺的重要組成部分。合理利用光耦合器進行光電隔離電路設計，能夠有效提升數據采集系統的測量精度。在今天的文章中，小編將會帶領大家實例分析一種利用光耦HCNR201所設計的光電隔離電路，來看一下怎樣光耦合器在數據采集系統中怎樣應用才能達到最優效果。

抗干擾問題是在進行數據采集以及自動化檢測時，最讓工程師們高度緊張的問題之一了。因為在進行數據采集時，一些電磁干擾信號都會隨著被測量信號進入測量系統，這些干擾信號迭加在有用的被測信號上會使測量的準確度降低。另一方面，測量系統與被測信號“共地”引入的干擾也會造成測量系統的不穩定，從而影響微機系統的正常工作。而想要將這些電磁干擾信號隔離在采集信號外，光電隔離是常用且方便有效的隔離方法。

我們這里利用光耦合器HCNR201來進行一種光電隔離電路的設計。這種光耦隔離電路的工作原理，是通過光電之間的相互轉換，并利用光作為媒介進行信號傳輸，在電氣上使測量系統與現場信號完全隔離。光電隔離電路的設置，可以減小現場信號線以及地線干擾對系統的影響，保證系統安全。此外，由于光電耦合器的輸入阻抗小于干擾源的內阻，因而使迭加于被測量信號上的干擾信號被極大的衰減，從而保證測量的準確度。

圖1 數字光隔離放大器

上圖中，圖1是基于光耦合器HCNR201所設計的一種數字式光耦隔離放大器的電路系統。在應用線性光耦HCNR201構成隔離放大器時，首先應當用一個運算放大器構成一個負反饋放大器，然后利用PD1檢測LED的光輸出量，并自動調整通過LED的電流，以補償LED光輸出的變化及任何其它原因引起的非線性，因此該反饋放大器主要用于穩定LED的光輸出并使其線性化。

除了上面所提到的幾點外，在使用HCNR201光耦合器完成光耦隔離電路的設計時，我們還需要一個運算放大器進行電流與電壓之間的轉換，以便于將輸出光敏二極管PD2輸出的穩定的、線性變化的電流轉換成電壓信號并輸出。下圖中，圖2是我們利用HCNR201光耦構成的一個簡單隔離放大器的原理圖。可以看到，在圖2中，運算放大器A1構成負反饋放大電路，運算放大器A2為電流電壓轉換電路。PD1接在放大器A1的輸入端，以完成對LED輸出光信號的檢測。流經PD1的電流為IPD1=V_in/R1。由此可見，當R1確定后，IPD1只正比于輸入電壓V_in。當其它因素引起LED的電流IF變化時，PD1的負反饋作用將抑制IF的變化，從而保證了LED輸出光強度正比于輸入電壓V_in。HCNR201在結構設計上可保證照射在兩個光敏二極管上光強度的比例為K，因此，當LED發光時，流經兩只光敏二極管的電流之比應當為K，即K=IPD2/IPD1。由于A2的輸出為V_out=IPD2R2。因此可得到V_out/V_in=KR2/R1。

圖2 單極性模擬隔離放大器

圖3 雙極性輸入隔離放大器

從上文中的公式計算和推導可以得出，這種基于光耦合器HCNR201所構成的隔離放大器電路，其輸出電壓與輸入電壓之間的關系是線性變化的，而且與LED的輸出光強無關。其增益可通過改變R2/R1來調整。R3為LED的限流電阻，C1、C2用于改善電路的高頻特性。應當說明，圖2所示電路僅適用于單極性信號的隔離放大，而圖3所示則是一種雙極性隔離放大電路，這種電路同樣適用于基于光耦設計的光電隔離電路設計和應用。