基于线性光耦的无源４－２０ｍＡ信号隔离接收电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于线性光耦的无源４－２０ｍＡ信号隔离接收电路，包括：由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、稳压管、线性光耦的输入光电二极管、线性光耦的发光二极管构成的输入负反馈放大器；和由第四电阻、线性光耦的输出光电二极管、第二运算放大器构成的输出负反馈放大器。本实用新型专利技术采用４－２０ｍＡ信号自身电流为信号隔离接收电路供电，实现无源隔离接收电路；同时，采用线性光耦技术实现了４－２０ｍＡ信号的隔离接收。本实用新型专利技术电路简单，制作方便，成本很低，性能稳定可靠，可用于隔离接收多个变送器输出的４－２０ｍＡ信号，特别适合在水电站、火电站以及变电站等电力系统中的各种微机控制设备中使用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光电领域，具体涉及一种无源4-20mA信号隔离接收电路。
技术介绍
现有的4_20mA信号隔离接收电路一般都是有源的，当一个微机控制系统需要采 集多个不同变送器输出的4-20mA信号，同时又要求微机控制系统与各个变送器以及各个 变送器之间均保持电气回路的隔离，一般采用昂贵的隔离放大器作为接收电路，当接收的 信号路数较多时，就需要采用多个隔离放大器，因此整个设备成本会很高。另外也有一种用 高频变压器实现的无源4 20mA隔离器，它的电路较复杂，元器件较多，生产成本也较高。
技术实现思路
本技术提供了一种低成本、高可靠性的基于线性光耦的无源4_20mA信号隔 离接收电路，用于各种微机控制设备或智能仪表。一种基于线性光耦的无源4_20mA信号隔离接收电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、稳压管、线性光耦的输入光电二 极管、线性光耦的发光二极管、第四电阻、线性光耦的输出光电二极管以及第二运算放大ο其中，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、稳压管、线性光耦的输入 光电二极管、线性光耦的发光二极管构成输入负反馈放大器；第四电阻、线性光耦的输出光 电二极管以及第二运算放大器构成输出负反馈放大器。其中，4_20mA信号正输入端连接第一运算放大器的电源正端和稳压管的负极， 4_20mA信号负输入端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，第一电阻的另一端连接线性 光耦的输入光电二极管的正极和第一运算放大器的负输入端，第二电阻的另一端连接线性 光耦的输入光电二极管的负极、第一运算放大器的正输入端、第一运算放大器的电源负端、 线性光耦的输入光电二极管的负极以及稳压管的正极，第一运算放大器的输出端连接第三 电阻的一端，第三电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的正极；线性光耦的输出光电二极管的负极连接第四电阻的一端和第二运算放大器负输 入端，线性光耦的输出光电二极管的正极连接第二运算放大器正输入端和微机控制系统的 信号地，第四电阻的另一端连接第二运算放大器的输出端。变送器提供的4-20mA信号正负输出端分别接到4_20mA信号正输入端和4_20mA 信号负输入端，该电流信号流经稳压管，在稳压管两端产生稳定的电压，该电压为运算放大 器提供工作电源，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器和线性光耦的输入光电 二极管构成输入负反馈放大器，第一运算放大器的输出通过第三电阻驱动线性光耦的发光 二极管；第一运算放大器通过调节流过线性光耦的发光二极管的电流使第一运算放大器 的正输入端和负输入端的电压相等，如果设4-20mA信号电流为Iloop，则其通过第一电阻 (Rl)和第二电阻(R2)分流后流过第一电阻的电流分量为Iloop*R2/(Rl+R2)。假设线性光耦的输入光电二极管和线性光耦的输出光电二极管接收线性光耦的发光二极管的光信号 产生的电流分别为IPDl和IPD2，因为第一运算放大器的正输入端和负输入端的电压相等， 所以IPDl = Iloop*R2/(Rl+R2)，因此第二运算放大器的输出电压Vout = Iloop*K*R4*R2/ (R1+R2)，其中K = IPD2/IPD1 1。第二运算放大器的输出电压Vout与4_20mA输入信号 成线性关系。在实际使用中，运算放大器优选采用低噪声高精度运算放大器0P07，它具有极低 的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。本技术巧妙地运用了 4-20mA信号的特点，采用4_20mA信号自身电流为 4-20mA信号隔离接收电路供电(最小有4mA的电流，该电流已足以为4-20mA信号无源隔离 接收电路供电)，实现无源隔离接收电路；同时，采用线性光耦技术实现了 4-20mA信号的隔 离接收。本技术的无源4_20mA信号隔离接收电路，可用于接收各种变送器输出的 4-20mA信号，当一个微机控制系统需要采集多个不同变送器输出的4-20mA信号，同时又要 求微机控制系统与各个变送器以及各个变送器之间均保持电气回路的隔离，采用本实用新 型就能简单实现。特别适用于在水电站、火电站以及变电站等电力系统中的各种微机控制 设备中使用。相对于现有技术，本技术具有以下有益的技术效果各路输入信号之间可保持完全电气隔离，各路输入信号与微机控制设备保持完全 电气隔离，电路简单，制作方便，成本很低，性能稳定可靠。附图说明图1为本技术的无源4_20mA信号隔离接收电路的电路示意图。具体实施方式下面结合实施例来详细说明本技术，但本技术并不仅限于此。如图1所示的一种基于线性光耦的无源4_20mA信号隔离接收电路，包括由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器0P1、稳压管ZD1、线性 光耦的输入光电二极管PD1、线性光耦的发光二极管LED构成的输入负反馈放大器；和由第 四电阻R4、线性光耦的输出光电二极管PD2以及第二运算放大器0P2构成的输出负反馈放 大器。其中，4_20mA信号正输入端+Iin连接第一运算放大器OPl的电源正端和稳压管 ZDl的负极，4-20mA信号负输入端-Iin连接第一电阻Rl的一端和第二电阻R2的一端，第 一电阻Rl的另一端连接线性光耦的输入光电二极管PDl的正极和第一运算放大器OPl的 负输入端，第二电阻R2的另一端连接线性光耦的输入光电二极管PDl的负极、第一运算放 大器OPl的正输入端、第一运算放大器OPl的电源负端、线性光耦的输入光电二极管LED的 负极以及稳压管ZDl的正极，第一运算放大器OPl的输出端连接第三电阻R3的一端，第三 电阻R3的另一端连接线性光耦的输入光电二极管LED的正极；线性光耦的输出光电二极管PD2的负极连接第四电阻R4的一端和第二运算放大 器0P2负输入端，线性光耦的输出光电二极管PD2的正极连接第二运算放大器0P2正输入4端和微机控制系统的信号地，第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器0P2的输出端。变送器提供的4-20mA信号正负输出端分别接到4-20mA信号正输入端+Iin和 4-20mA信号负输入端-Iin，该电流信号流经稳压管ZD1，在稳压管ZDl两端产生稳定的电 压Vcc，该电压为第一运算放大器OPl提供工作电源，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻 R3、第一运算放大器OPl和线性光耦的输入光电二极管PDl构成输入负反馈放大器，第一 运算放大器OPl的输出通过第三电阻R3驱动线性光耦的发光二极管LED ；第一运算放大 器OPl通过调节流过线性光耦的发光二极管LED的电流IF使第一运算放大器OPl的正输 入端和负输入端的电压相等，如果设4-20mA信号电流为Iloop，则其通过第一电阻Rl和第 二电阻R2分流后流过第一电阻Rl的电流分量为Iloop*R2/(Rl+R2)。假设线性光耦的输 入光电二极管PDl和线性光耦的输出光电二极管PD2接收线性光耦的发光二极管LED的 光信号，而产生的电流分别为IPDl和IPD2，因为第一运算放大器OPl的正输入端和负输入 端的电压相等，所以IPDl = Iloop*R2/(Rl+R2)，因此第二运算放大器的输出电压Vout = Iloop*K*R4*R2/(Rl+R2)，其中 K 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性光耦的无源４－２０ｍＡ信号隔离接收电路，其特征在于，包括：由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、稳压管、线性光耦的输入光电二极管、线性光耦的发光二极管构成的输入负反馈放大器；和由第四电阻、线性光耦的输出光电二极管、第二运算放大器构成的输出负反馈放大器；　　其中，４－２０ｍＡ信号正输入端连接第一运算放大器的电源正端和稳压管的负极，４－２０ｍＡ信号负输入端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，第一电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的正极和第一运算放大器的负输入端，第二电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的负极、第一运算放大器的正输入端、第一运算放大器的电源负端、线性光耦的输入光电二极管的负极以及稳压管的正极，第一运算放大器的输出端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的正极；　　线性光耦的输出光电二极管的负极连接第四电阻的一端和第二运算放大器负输入端，线性光耦的输出光电二极管的正极连接第二运算放大器正输入端和微机控制系统的信号地，第四电阻的另一端连接第二运算放大器的输出端。

【技术特征摘要】
一种基于线性光耦的无源4 20mA信号隔离接收电路，其特征在于，包括由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、稳压管、线性光耦的输入光电二极管、线性光耦的发光二极管构成的输入负反馈放大器；和由第四电阻、线性光耦的输出光电二极管、第二运算放大器构成的输出负反馈放大器；其中，4 20mA信号正输入端连接第一运算放大器的电源正端和稳压管的负极，4 20mA信号负输入端连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，第一电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的正极和第一运算放大器的负输入端，第二电阻的另一端连接线性光耦的输入光电二极管的负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑辉，
申请(专利权)人：杭州三和电控设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]