高速开关光耦隔离电路模电课程设计.docx

1、高速开关光耦隔离电路模电课程设计课 程 设 计设计题目： 高速开关光耦隔离电路 系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 起止日期： 年 月 日起至 年 月 日止课程设计任务书课程设计题目： 高速开关光耦隔离电路 系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点： 任 务 下 达 时 间： 年 月 日起止日期： 年 月 日起至 年 月 日止教研室主任 年 月 日批 高速开关光耦隔离电路 课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.154

2、32工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，

3、结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分设计任务描述1.1 设计题目：高速开关光耦隔离电路1.2 设计要求 1.2.1设计目的：（1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。1.2.2基本要求：（1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信号延迟时间100us;（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下；（4）输出信号幅度06V，电流驱动力不

4、低于1mA。1.2.3发挥部分：（1）信号带宽升至10Mb/s；（2）幅度可调；（3）其他。2 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注1讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分2检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分3检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分4继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分5答辩、写报告打分中 文 摘 要随着科技的发展，为提高电路的抗干扰能力和安全性，许多电路均采用隔离放大的方式。因为光电耦合器这一元件是将电信号变为光信号并进行传导，再由光信号变为电信号进行输出，在电器上使输出信号与输入信号完全隔离，输出信号对输入

5、端没有影响，具有抗干扰能力强，工作稳定，使用寿命长，传输效率高等优点。所以，光耦这一元件在电路中得到了广泛的应用。本次模拟电子课程设计我所设计的课题为高速开关光耦隔离电路，该电路的主要功能是信号隔离，放大，前后匹配。我所设计的高速开关光耦隔离电路主要由四部分组成。即电压跟随器、光电耦合器、仪用放大器和同相放大器。电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用；光电耦合器起到了隔离放大（反相）的作用；仪用放大器起反相放大作用；同相放大器起同相放大的作用。由这四部分电路共同组成了高速开关光耦隔离电路，具有信号的隔离，放大作用。 关键词 电压跟随器，光耦，仪用放大器，同相放大电路 一 设计任务描述1.1

6、 设计题目：高速开关光耦隔离电路1.2 设计要求1.2.1设计目的：（1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。1.2.2基本要求：（1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz40kHz；（2）采用高速光耦，信号延迟时间100us;（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下；（4）输出信号幅度06V，电流驱动力不低于1mA。1.2.3发挥部分：（1）信号带宽升至10Mb/s；（2）幅度可调；（3）其他二 设计思路输入幅度为3V频率为500Hz的方波信号，首先通过电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，然后通过光耦起隔离反相放大的作用，再

7、经过仪用放大器起反相放大的作用，最后经过同相放大器起同相放大的作用并输出幅度为6V频率为500Hz的方波信号。第一个部分为电压跟随器。电压跟随器在电路中起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。第二部分为光耦隔离电路。光电耦合器是一种将电信号转换成为光信号并进行传导，然后又将光信号转换为电信号进行输出。它属于一种电光电转换元件。这就完成了电光电的转换，从而起到将输入、输出隔离的作用。由于光耦的输入、输出互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好抗干扰能力且工作稳定、传输效率高。光耦在电路中起隔离反向放大的作用。第三部分为仪用放大器。仪用放大器在电路中起反相放大的作用。第四部分为同相放大电路。同

8、相放大电路在电路中起同相放大的作用。以上就是我设计的由四部分组成的高速开关光耦隔离电路。三 设计方框图从整个电路来看，输入幅度为3V，频率为500Hz的方波信号，首先进入电压跟随器。利用电压跟随器的作用即缓冲、隔离、提高带载能力，使电路前后匹配。输入信号经电压跟随器后流经光耦。利用光耦的作用即隔离反相放大，使光耦的输出端与输入端实现电信号的隔离。并将信号做放大处理，输出信号反相。接下来是信号的放大。首先信号经仪用用放大器。利用仪用放大器的作用即反相、放大。输出信号反向，并合理选择电阻的数值，使信号以一定的增益输出。然后信号经同相放大器。利用同相放大器的作用即同相、放大。输出信号同相，并合理选择

9、电阻的数值，使信号以一定的增益输出。最后输出幅度为6V，频率为500Hz的方波信号。四 各部分电路设计及参数计算4.1电压跟随器电压跟随器输入信号为幅度为3V,频率为500Hz的方波，电压跟随器的电压增益Av=1，且同相。输入电阻Ri趋于无穷大，输出电阻Ro趋于零。其输出信号的幅度为3V，同相，频率为500Hz。4.2光耦输入光耦的信号的幅度为3V，频率为500Hz，根据光耦这一元件的自身特性，光耦起到了隔离反相放大的作用，其输出信号的幅度为2.5V，反相，频率为500Hz。4.3仪用放大器R1R2R2R3R3R4R4输入仪用放大器的信号的幅度为2.5V，频率为500Hz。如图所示，仪用放大器

10、的增益Av=-R4/R3(1+2R2/R1)。输出信号的幅度为1.5V，反相，频率为500Hz。4.4同相放大器R1R2输入同相放大器的信号幅度为1.5V,频率为500Hz。如图所示，同相放大器的增益Av=1+R2/R1，即Av=1+150/50=4。因为1.54=6所以输出信号的幅度为6V，同相，频率为500Hz。五 工作过程分析5.1电压跟随器输入幅度为3V，频率为500Hz的方波，并通过电压跟随器。电压跟随器的增益等于1，但其输入电阻趋于无穷大，而其输出电阻趋于零，故在电路中作为阻抗变换器或缓冲器，起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用5.2光耦 信号经第一部分电路即电压跟随器进入第二部分电

11、路即光耦。光耦是一种将电信号转换成为光信号并进行传导，然后又将光信号转换为电信号进行输出。它属于一种电光电转换元件。这就完成了电光电的转换，从而起到将输入、输出隔离的作用。由于光耦的输入、输出互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好抗干扰能力且工作稳定、传输效率高。光耦在电路中起隔离反向放大的作用5.3 仪用放大器信号经第二部分电路即光耦进入第三部分电路即仪用放大器。仪用放大器是一种反相放大电路。由三个集成运放通过一定的连接组成，在电路中起到反相放大的作用5.4 同相放大器信号经第三部分电路即仪用放大电路进入第四部分电路即同相放大电器。同相放大器在电路中起到同相放大的作用。其电压增益

12、Av=1+R8/R9。经同相放大器后输出幅度为6V频率为500Hz的方波5.5 高速开关光耦隔离电路的电路图及仿真高速开关光耦隔离电路的电路图仿真过程输入幅度为3V，频率为500Hz的方波。 信号经第一部分电路即电压跟随器后输出波形图如下信号经第二部分、第三部分电路即光耦及仪用放大器后输出波形如下信号经第四部分电路即同相放大电路后输出波形如下电压表测量数据如下 5.6电路调试技术 1.分别将四个部分的电路接好 进行测试、观察。2.将四个部分的电路接好，进行整体测试、观察。 3.针对示波器显示的波形，和各方面数据的测试，分析出现问题的原因，对各部分电路逐个排查校验，直至输出信号满足要求。六 元器

13、件清单元器件参数规格个数名称运放LM3245U1A U3A U4A U5A U6A光耦HCPL06311U2A电阻1003R10 R2 R3501R1 R9802R4 R51752R6 R71501R8七 主要元器件介绍1光电耦合器HCPL06312集成运放LM324小 结 为期三天的模拟电子课程设计已经结束，可以这样说在这次模拟电子技术课程设计中我的收获非常的丰富。 通过半学期对模拟电子技术这一门课程的学习，我学会了许多关于模拟电子技术的知识，当然这些均是理论知识。而这些理论知识在这次的课程设计中起到了关键性作用，这些知识为课程设计的进行做好了充分的理论准备。在课程设计的第一天，老师向我们认

14、真的讲解了Multisim这一软件的应用，这为今后的课程设计做好了铺垫，这一仿真软件是由理论过渡到实际的重要过渡过程。本次课程设计采用分组进行的方式，但我们只是做同一个课题，老师要求我们每一个人都要亲自设计完成一个电路。刚开始时还有些不理解这是为什么，但当我开始正式进行课程设计时我就明白这其中的意义了。几个人一组让我们有了互相学习讨论的伙伴，而自己设计自己的电路又提高了我们自己的独立思考与动手的能力。在今后的课程设计中，我们每个人都认真的研究自己的课题，遇到不会的问题我们先在小组中讨论，小组成员间认真积极的学习态度，深深感染了我，使我深刻的体会到了团队的力量，也被这种氛围深深的感染，更加积极投

15、身于工作之中。然而人多并不代表一定能成功，我们还是遇到了一些我们无法解决的问题，每到此时我们都会去请教老师，而老师对于我们的每一次提问都是很耐心细致的讲解，这样我们学到了许许多多在课堂上学不到的东西，也培养了我们遇问题先通过查找资料、讨论等方式自我解决的良好习惯。 开始刚刚拿到课题时，我感到很迷茫。但通过课后图书馆的学习和网上资料的搜集整理以及小组成员间的讨论分析，我渐渐的有了思路，而在此之后我则进入到了设计电路的过程。在此过程中我会为每一次仿真的成功而兴奋不已，同样也会为失败而沮丧，每到这时，小组的其他成员都会鼓励我，并且大家都会聚集在一起讨论，研究，分析。大家在一起共同进步，减少了许多弯路

16、，提高了工作的效率。通过这一种的模拟电子技术课程设计，我深刻的体会到了实践的重要性。作为一个当代大学生仅仅会书本上的知识点是无法将它应用到实际中去的，而这样成为我们今后道路上阻碍，所以在平时我们就应该注重实际，多多的将理论同实际联系在一起。 总之，这次课程设计令我终身难忘，因为在这期间我不仅收获了知识，也收获了能力，学到了许多书本上没有的知识。非常感谢学校安排这次模拟电子技术课程设计，更要感谢老师的辛苦付出，和小组成员间的帮助与合作。致 谢为期三天的模拟电子技术课程设计已经结束了，在本次的课程设计中，我首先要感谢老师，同样也衷心的感谢我们这个小组的成员，以及其他给予我帮助的同学，正是由于这些人

17、们的帮助，我的课程设计才顺利的完成。 感谢老师的细心指导，正式由于有的老师耐心细致的讲解，我对Multisim这一软件有了认识和了解，同时也对模拟电子技术有了更深层次的认识和了解。并在此基础之上完成了理论与实际结合的第一步-仿真。 感谢我们小组的成员，因为有了他们，我不再是一个人在奋斗。在这个小组之中我们一起讨论，一起研究，共同进步。互相帮助将每一个人的长处发挥的淋漓尽致，这是一个优秀的团队。在这里同样让我体会到了合作的重要性，提高了合作精神。 感谢帮助过我的同学们，虽然说有了小组合作提高了我的知识储备，但人数毕竟有限，为此在此期间我也向其他同学请教的不少问题，在这里非常感谢这些同学的热心帮助。最后感谢学校安排这一次课程设计，通过这次课程设计我收获颇多。参考文献1 康华光等，电子技术基础：高等教育出版社，20062 3 4 5 附录1高速开关光耦隔离电路电路电路图