隔离放大器的基本参数、性能特点和应用分析
隔离放大器可应用于高共模电压环境下的小信号测量，对被测对象和数据采集系统予以隔离，从而提高共模抑制比，同时保护电子仪器设备和人身安全。
隔离放大器按耦合方式的不同，可以分为变压器耦合、电容耦合和光电耦合三种。
采用变压器耦合的隔离放大器有：
·burr－brown公司（以下简称bb公司）的iso212、3656
·analog devices 公司（以下简称ad公司）的ad202、ad204、ad210、ad215
采用电容耦合的隔离放大器有：
·bb公司的iso102、iso103、iso106、iso107、iso113、iso120、iso121、iso122、iso175
采用光电耦合的隔离放大器有：
·bb公司的iso100、iso130、3650、3652
·惠普公司（以下称hp）的hcpl7800/7800a/7800b
其中，有一些隔离放大器还提供了内置dc/dc变换器，以简化电路、节省空间、降低成本、提高性能，给使用者提供更大的灵活性。这些隔离放大器包括：
·bb公司的iso103、iso107、iso113、iso212、iso213、3656（三端隔离）
·ad公司的ad202、ad204、ad210（三端隔离）、ad215
表1 列出了各种隔离放大器的基本参数。
下面介绍几种具有代表性的隔离放大器。
1 iso 122
iso122隔离放大器的内部结构见图1。
在输入侧，输入信号vin经调制后，以数字量的形式由差分电容耦合到输出侧。调制过程通过切换±100μa电流源来实现。
在输出侧，数字信号解调并滤除解调过程中产生的纹波，还原为模拟量信号输出。vout经20kω电阻反馈到加法器与±100μa电流源综合，从而使得vout平均值正比于vin。输出端的采样保持器则用于滤除解调过程中产生的固有纹波。
由于采用了数字化调制手段，隔离栅的性能不会影响到模拟信号的完整性，所以有较高的可靠性和良好的频率特性。
iso122不需要外接其它元件就可以工作。其线性度优于0.02%，带宽50khz。输入侧和输出侧各需要一组±15v电源（±4.5～±18v）。
2 ad202/204
ad202/204的内部结构见图2、图3。
ad202/204采用调幅手段，利用变压器将直流或交流信号耦合到输出侧。
ad202/204的输入端内置一个独立的运算放大器，可以用作输入的缓冲、提供必要的增益，或者用作滤波器、加法器、i/v转换等等。对于有这类需要的电路来讲非常方便。
ad202/204内置一个dc/dc变换器，输出为±7.5v。可以提供电源给输入侧的运算放大器、调制器或其它电路。
ad202、ad204的区别在于：ad202直接由±15v电源驱动，而ad204由外部时钟提供电源。这样，在多通道情况下，几个ad204可以共用一个时钟源，降低了功耗和成本，提高了带宽，同时其内置dc/dc也可以提供更大的功率输出。
3 3650、3652
bb公司的3650、3652为由线性光耦构成的隔离放大器。
光电耦合器广泛用作数字电路中的隔离，若用于模拟电路，则有明显的缺点：一是非线性；二是稳定性受到环境温度和时间的影响。需要采取特殊措施加以解决。
3650、3652的工作原理可以由图4说明。
由放大器a1，发光管cr1和光电管cr3构成负反馈回路。i1＝iin＝vin/rg。光电管cr2和cr3是完全一致的，从cr1接收到的光量相同，λ1＝λ2，则i1＝i2＝iin。放大器a2与rk（内置电阻1mω）构成
i/v转换器，vout＝i2rk，所以有：vout＝vinrk/rg。
这样，由于负责反馈回路的存在，解决了光电耦合器件非线性和不稳定的问题。只要cr2、cr3的一致性能够得到保证，信号的耦合就不会受到光电器件性能的影响。
3650与3652的区别在于前者没有输入缓冲放大器，见图5。
4 hcpl7800/7800a/7800b
惠普公司的hcpl7800是采用了σ－δ ad采样技术的光电隔离的另一种形式的隔离放大器。其结构框图见图6。
在隔离放大器输入侧，过采样模数转换器
σ－δadc将输入的模拟信号转换为高速串行位流，其脉宽正比于信号的大小。位流经处理后由光电管以光的形式传送到输出侧，在输出侧解调，并由数模转换器重新转换为模拟量，经滤波后输出。
通过σ－δadc采样，将输入模拟量变换为位流，以数字脉冲的形式耦合到输出侧，光电器件的非线性和漂移问题得以解决，从而保证了隔离放大器的性能。
5 隔离放大器应用时的注意事项
5.1 消除噪声
除了由线性光耦构成之外，其余的隔离放大器都采用了调制解调手段。在调制解调过程中不可避免地会产生一些噪声，噪声也会来自电源和被测对象。为了滤除这些噪声，在信号输入隔离放大器之前和从隔离放大器输出之后，设置相应的滤波回路是必要的。为了滤除调制解调过程中产生的固有噪声，滤波器的参数应根据隔离放大器调制器的固有频率设置。在靠近隔离放大器的地方应设置电源去耦电容或者加π型滤波器。
大多数隔离放大器没有内置dc/dc变换器，需要外部供给输入侧电源。选择dc/dc变换器时，要和隔离放大器的调制方式、调制频率结合起来考虑。较省力的办法是选用生产厂家推荐的搭配，或者根据它推荐的dc/dc变换器的技术参数，寻找相应的代用品。
5.2 降低辐射
变压器耦合隔离放大器本身构成一个电磁辐射源。如果周围其它的电路对电磁辐射敏感，就应设法予以屏蔽。例如3656的振荡频率为750khz，bb公司根据它的封装专门为它设计了屏蔽罩100ms。
5.3 线性光耦的死区
线性光耦构成的隔离放大器，其发光管需要用电流来驱动。当输入信号较小时，驱动电流也较小，发出的光微弱到可能不足以被光电管检测到。这样在vin＝0附近就存在一个“死区”。为防止被测信号有可能落在这一区间，在信号进入隔离放大器前应由偏置电路将原始信号抬高，使得综合之后的信号不可能落在这一区间。
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采用变压器耦合的隔离放大器有：
·burr－brown公司（以下简称bb公司）的iso212、3656
·analog devices 公司（以下简称ad公司）的ad202、ad204、ad210、ad215
采用电容耦合的隔离放大器有：
·bb公司的iso102、iso103、iso106、iso107、iso113、iso120、iso121、iso122、iso175
采用光电耦合的隔离放大器有：
·bb公司的iso100、iso130、3650、3652
·惠普公司（以下称hp）的hcpl7800/7800a/7800b
其中，有一些隔离放大器还提供了内置dc/dc变换器，以简化电路、节省空间、降低成本、提高性能，给使用者提供更大的灵活性。这些隔离放大器包括：
·bb公司的iso103、iso107、iso113、iso212、iso213、3656（三端隔离）
·ad公司的ad202、ad204、ad210（三端隔离）、ad215
表1 列出了各种隔离放大器的基本参数。
下面介绍几种具有代表性的隔离放大器。
1 iso 122
iso122隔离放大器的内部结构见图1。
在输入侧，输入信号vin经调制后，以数字量的形式由差分电容耦合到输出侧。调制过程通过切换±100μa电流源来实现。
在输出侧，数字信号解调并滤除解调过程中产生的纹波，还原为模拟量信号输出。vout经20kω电阻反馈到加法器与±100μa电流源综合，从而使得vout平均值正比于vin。输出端的采样保持器则用于滤除解调过程中产生的固有纹波。
由于采用了数字化调制手段，隔离栅的性能不会影响到模拟信号的完整性，所以有较高的可靠性和良好的频率特性。
iso122不需要外接其它元件就可以工作。其线性度优于0.02%，带宽50khz。输入侧和输出侧各需要一组±15v电源（±4.5～±18v）。
2 ad202/204
ad202/204的内部结构见图2、图3。
ad202/204采用调幅手段，利用变压器将直流或交流信号耦合到输出侧。
ad202/204的输入端内置一个独立的运算放大器，可以用作输入的缓冲、提供必要的增益，或者用作滤波器、加法器、i/v转换等等。对于有这类需要的电路来讲非常方便。
ad202/204内置一个dc/dc变换器，输出为±7.5v。可以提供电源给输入侧的运算放大器、调制器或其它电路。
ad202、ad204的区别在于：ad202直接由±15v电源驱动，而ad204由外部时钟提供电源。这样，在多通道情况下，几个ad204可以共用一个时钟源，降低了功耗和成本，提高了带宽，同时其内置dc/dc也可以提供更大的功率输出。
3 3650、3652
bb公司的3650、3652为由线性光耦构成的隔离放大器。
光电耦合器广泛用作数字电路中的隔离，若用于模拟电路，则有明显的缺点：一是非线性；二是稳定性受到环境温度和时间的影响。需要采取特殊措施加以解决。
3650、3652的工作原理可以由图4说明。
由放大器a1，发光管cr1和光电管cr3构成负反馈回路。i1＝iin＝vin/rg。光电管cr2和cr3是完全一致的，从cr1接收到的光量相同，λ1＝λ2，则i1＝i2＝iin。放大器a2与rk（内置电阻1mω）构成
i/v转换器，vout＝i2rk，所以有：vout＝vinrk/rg。
这样，由于负责反馈回路的存在，解决了光电耦合器件非线性和不稳定的问题。只要cr2、cr3的一致性能够得到保证，信号的耦合就不会受到光电器件性能的影响。
3650与3652的区别在于前者没有输入缓冲放大器，见图5。
4 hcpl7800/7800a/7800b
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在隔离放大器输入侧，过采样模数转换器
σ－δadc将输入的模拟信号转换为高速串行位流，其脉宽正比于信号的大小。位流经处理后由光电管以光的形式传送到输出侧，在输出侧解调，并由数模转换器重新转换为模拟量，经滤波后输出。
通过σ－δadc采样，将输入模拟量变换为位流，以数字脉冲的形式耦合到输出侧，光电器件的非线性和漂移问题得以解决，从而保证了隔离放大器的性能。
5 隔离放大器应用时的注意事项
5.1 消除噪声
除了由线性光耦构成之外，其余的隔离放大器都采用了调制解调手段。在调制解调过程中不可避免地会产生一些噪声，噪声也会来自电源和被测对象。为了滤除这些噪声，在信号输入隔离放大器之前和从隔离放大器输出之后，设置相应的滤波回路是必要的。为了滤除调制解调过程中产生的固有噪声，滤波器的参数应根据隔离放大器调制器的固有频率设置。在靠近隔离放大器的地方应设置电源去耦电容或者加π型滤波器。
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5.3 线性光耦的死区
线性光耦构成的隔离放大器，其发光管需要用电流来驱动。当输入信号较小时，驱动电流也较小，发出的光微弱到可能不足以被光电管检测到。这样在vin＝0附近就存在一个“死区”。为防止被测信号有可能落在这一区间，在信号进入隔离放大器前应由偏置电路将原始信号抬高，使得综合之后的信号不可能落在这一区间。
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la7837各引脚功能与工作电压
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