本實用新型涉及一種隔離放大器，屬于電路技術領域。

背景技術：

在低電平信號的測量中，多數(shù)情況下信號源和測量系統(tǒng)遠達幾十米，甚至數(shù)百米，而兩地A、B間或信號源對地間可能存在高達幾百伏的電壓，這個電壓稱為共模干擾電壓E_CM，這個電壓（或等效于這個電壓）的形成原因是多種多樣的，E_CM本身是不穩(wěn)定的，在這種情況下用一般不隔離的放大器來測量低電平信號是困難的，共模電壓可能擾亂真實信號甚至破壞測量儀器和危及人身安全。因此，需要采用隔離放大器，但是通常情況下采用隔離放大器后，會將共模干擾電壓引入放大器的輸入級，不能實現(xiàn)放大器對輸入信號的精確放大。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種智能型隔離放大器，使輸入端和輸出端完全隔離，實現(xiàn)對輸入信號的精確放大；并且可以方便地調(diào)壓與調(diào)零。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種智能型隔離放大器，其特征是，包括放大級、隔離級、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機；

輸入信號由輸入端接入，通過放大級、隔離級到達輸出端，再由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，輸入單片機，再經(jīng)過單片機串行口送入PC機；

隔離級包括振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器；振蕩器產(chǎn)生振蕩頻率為100KHz的方波，通過電源隔離變壓器T2次級耦合到初級，經(jīng)整流濾波后提供輸入級±15V的浮動電源；電源隔離變壓器T2初級的100KHZ方波和放大級輸出的模擬信號一起送入調(diào)制器，把電壓信號轉(zhuǎn)換為占空比變化的脈沖信號，達到信號的調(diào)制，再將調(diào)制信號通過信號耦合變壓器T1耦合到解調(diào)器，和輸出電路一起從被調(diào)制的脈寬信號中解調(diào)出模擬信號。

進一步，信號耦合變壓器T1用于傳輸輸入與輸出之間的信號；

電源隔離變壓器T2用于提供隔離電源和載波信號，具有2個獨立的接地端。

進一步，振蕩器由外部+15V電源供電。

進一步，放大級包括第一放大器、第二放大器、第三放大器和第四放大器；

第一放大器、第二放大器接成同相輸入，第三放大器接成1：1雙端差動輸入；

輸入信號-IN、+IN分別接入第一放大器、第二放大器的正向輸入端，第一放大器、第二放大器的輸出端分別連接至第三放大器的反向輸入端、正向輸入端，第三放大器的輸出端連接至第四放大器的反向輸入端；第四放大器的輸出端經(jīng)調(diào)節(jié)增益的第三電位器反饋連接至第四放大器的反向輸入端；

第一放大器、第二放大器的輸出端分別反饋至對應的第一放大器、第二放大器的反向輸入端；在第一放大器的反饋回路和第二放大器的反饋回路之間跨接一組增益調(diào)節(jié)電阻，該組增益調(diào)節(jié)電阻中包含多個阻值不同的增益調(diào)節(jié)電阻，多個增益調(diào)節(jié)電阻由第一切換開關切換與第一放大器的反饋回路和第二放大器的的反饋回路實現(xiàn)連通。

進一步，第二放大器外接調(diào)整失調(diào)電壓的第一電位器。

進一步，第三放大器外接調(diào)整失調(diào)電壓的第二電位器。

進一步，第三放大器的正向輸入端和反向輸入端之間跨接另一組增益調(diào)節(jié)電阻，該組增益調(diào)節(jié)電阻中包含兩個阻值不同的增益調(diào)節(jié)電阻，這兩個增益調(diào)節(jié)電阻由第二切換開關切換與第三放大器的正向輸入端和反向輸入端實現(xiàn)連通。

本實用新型所達到的有益效果：

本實用新型通過合理的電路和結(jié)構設計，放大器的輸入電路對輸出級的漏阻抗Z是很高的，因此信號地A和輸出地B之間的共模干擾電壓E_CM作用在γZ回路產(chǎn)生的共模電流很微小，輸入級實際受到共模干擾的影響Vcm也很微小，使隔離放大器能夠在結(jié)構原理上消除共模干擾電壓引入放大器的輸入級，使放大器的前置部分基本上浮動在干擾電壓的電平上。前置部分是一個高精度差分輸入儀表放大器，具有低漂移、低噪聲、高輸入阻抗和高共模抑制比性能，可精確地將輸入信號放大1—1000倍，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，把輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過232串口送入計算機。輸入端和輸出端完全隔離，隔離電壓最高達到8000伏，可與傳感器配合，滿足信號的檢測與放大作用。

附圖說明

圖1是隔離放大器放大器的原理方框圖；

圖2是單片機STC89C52RC引腳圖；

圖3 是AD574引腳配置圖；

圖4 是隔離放大器輸入電路；

圖5、圖6 是隔離、輸出及振蕩電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

智能型隔離放大器主要由高性能的輸入放大器、輸出放大器、調(diào)制器、解調(diào)器、信號耦合變壓器T1、電源隔離變壓器T2、高精度A/D轉(zhuǎn)換器及單片機構成。采用磁耦合方式使放大器的輸出和輸入之間沒有電氣聯(lián)系，從而隔離干擾源，抑制了干擾信號，同時完成對信號的放大。

放大器的輸入與輸出電路隔離，采用雙變壓器體系，信號耦合變壓器T1用于傳輸輸入與輸出之間的信號。電源隔離變壓器T2用于提供隔離電源和載波信號，具有2個獨立的接地端，實現(xiàn)輸入回路與輸出回路完全隔離，而且供電電源與輸入電路隔離，并為輸入回路提供一組正負電源，其中輸入回路的電源還具有引出端供外部電路使用。

信號由放大器輸入端接入，通過放大級、隔離級到達輸出端，再由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)單片機P0口輸入單片機，再經(jīng)過單片機串行口送入PC機。智能型隔離放大器的原理方框圖如圖1所示。

（1）主要器件

1）單片機STC89C52RC

STC89C52RC單片機與8051兼容，具有“6時鐘/機器周期”和“12時鐘/機器周期”功能，可在ISP編程時反復設置，當采用“6時鐘/機器周期”時，速度比普通8051快2倍。工作頻率0～80MHZ，片內(nèi)8K字節(jié)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上，片內(nèi)512字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器，3個硬件16位定時器，1個全雙工異步串行口。真正的看門狗，可放心省去外部看門狗，缺省為關閉，打開后無法關閉，單倍速和雙倍速可反復設置。單片機STC89C52RC引腳圖如圖2所示。

2）AD574

AD574是AD公司生產(chǎn)的高速12位A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度為25μS。適用于高精度快速采樣系統(tǒng)。

AD574采用快速逐次逼近法。內(nèi)部邏輯由兩部分組成；模擬部分包括高精度的12位DAC和10V參考電源；數(shù)字部分包括比較器、SAR、時鐘、輸出三態(tài)緩沖器及控制邏輯等。

具有以下主要特性：

內(nèi)設高精度的參考電壓（10V）。

可實現(xiàn)高精度的12位變換，又可作為快速的8位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次輸出；分8位、4位兩次輸出。

轉(zhuǎn)換速度為25μS。

需三組電源：+5V、+12～+15V和-12～-15V。

輸入模擬信號：單極性時為0 — +10V或0—+20V；雙極性時為±5V或±10V范圍。

低功耗：290mW。

AD574引腳配置圖如圖3所示。

（2）放大器工作原理

1）輸入級

輸入信號+IN、-IN對I/PCOM輸入，輸入級包括放大器U1、U2、U3、U4組成。放大器U1、U2采用低溫度漂移、低失調(diào)電壓的運算放大器OP07，接成同相輸入，放大器U3接成1：1雙端差動輸入，可提高共模抑制比。電阻R13—R21為增益調(diào)節(jié)電阻，實現(xiàn)增益1、2、5、10、20、50、100、200、500及1000倍的調(diào)節(jié)，其中，增益1倍時不需要采用增益調(diào)節(jié)電阻，放大器U4構成的放大電路用于增益的微調(diào)（通過調(diào)節(jié)電位器RW3實現(xiàn)）。

輸入級放大器U2外接電位器RW1（中心抽頭接隔離電源+15V），對U2的失調(diào)電壓進行調(diào)整，當U2的失調(diào)電壓等于U1時，U3的輸出近似為零，外接電位器RW2對失調(diào)電壓進一步調(diào)整，從而達到整機調(diào)零的目的。輸入電路如圖4所示。

2）隔離級

U4輸出的信號送入隔離級，隔離級包括振蕩器、整流電源、調(diào)制器和解調(diào)器。如圖5、6所示。振蕩器由外部+15V電源供電，產(chǎn)生振蕩頻率為100KHz方波，通過電源隔離變壓器T2次級耦合到初級，經(jīng)整流濾波后提供輸入級±15V浮動電源。電源隔離變壓器T2初級的100KHZ方波和U4輸出的模擬信號一起送入調(diào)制器，實現(xiàn)把信號電壓轉(zhuǎn)換為占空比變化的脈沖信號，達到信號的調(diào)制，調(diào)制信號通過信號耦合變壓器T1耦合到解調(diào)器，和輸出電路一起從被調(diào)制的脈寬信號中解調(diào)出模擬信號。隔離級由信號耦合變壓器T1、電源隔離變壓器T2完成了信號傳輸中的隔離問題，消除了地回路。傳輸比為1：1。

3）輸出級

放大器的輸出級是一個反相輸入的運算放大器，放大倍數(shù)為1，濾波的頻率為2.5KC。經(jīng)過解調(diào)的信號可直接輸出，或送入A/D轉(zhuǎn)換器。

4）單片機控制及A/D轉(zhuǎn)換

信號由放大器輸入端接入，通過放大級、隔離級到達輸出端，再由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)單片機P0口輸入單片機，A/D轉(zhuǎn)換采用12位變換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分8位、4位兩次輸出。單片機再將輸入的信號轉(zhuǎn)換成串行信號，再由內(nèi)部程序完成向PC機傳送信號。

本實用新型的隔離放大器除直接輸出放大信號的模擬量，還可以把放大信號的模擬量轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，分辨率為（2.5mV或= 4.9mV）。12位數(shù)字量分為兩個字節(jié)由單片機的串行口送入PC機。串行通信波特率為9600，晶振頻率11.0592MHZ，定時器T10工作在方式2，重新裝入值為FDH。12位數(shù)字量分為兩個字節(jié)經(jīng)單片機的串行口送入PC機時，可通過手動按下按鈕S3向PC機傳輸，也可通過PC機向單片機發(fā)送06H后由單片機自動向PC機傳輸。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。