CN1032986A - 多通道光电耦合采样开关器 - Google Patents
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Abstract
一种多通道光电耦合采样开关器,它是将多个由
光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端
网络单元之输出端并联,在总输出端串接一个防电平
抖动平衡网络,并组装在一只盒式容器内的组件。它
必须也只需与一个隔离式I/V转换器配合使用,即
可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。其电路
简单,体积小,工作可靠,成本低,且调试方便,易于单
个制作或成批生产系列化产品。可广泛应用于自动
化仪表、计算机控制的多通道数据采集系统中,以提
高系统抗干扰能力。
Description
本发明涉及多通道自动化数据采集的信号传送、切换及通道隔离组件,特别涉及一种多通道光电耦合采样开关器。
传感器检测到的微弱电信号长线传输时,通常采用电流传送信号并进行隔离的方案,以提高抗干扰能力。目前,光耦合器用于数字量信号或开关量信号的隔离传送已广泛应用。由于半导体器件的非线性,对于模拟量信号的直接传送仍然采用磁耦合隔离方法。常用产品是隔离式I/V转换器。如果用电流信号进行长线传送,每个通道都要配用一个隔离式I/V转换器。传感器检测到的弱信号由变送器放大并转换为电流信号,经传输线在接收端又用隔离式I/V转换器将电流信号转换成电压信号,再作信号处理。对于多通道数据采集系统来说,存在着电路复杂,体积大,价格贵,调试不便等问题。
本发明的目的是以光耦合器为主组成一种多通道采样开关器,而且只需要配用一个隔离式I/V转换器,即可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。
多通道被检测的物理量,经过传感器与变送器转换成在一定范围内(如0~10毫安)相应变化的电流信号用长线传送。本发明对各通道的电流信号,可按要求逐个切换接入隔离式I/V转换器,再转变成电压信号,经模数转换器转换成数字量,然后输入计算机。
本发明是将多个由光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端网络单元之输出端并联,在总输出端串接一个防电平抖动平衡网络,并组装在一只盒式容器内的组件。它具有多对输入端和一对输出端。各网络单元分别受控制电路控制。它必须也只需要配用一个隔 离式I/V转换器,即可实现对多个模拟量通道间的切换与隔离。
多通道光电耦合采样开关器电路简单,体积小,工作可靠,成本低,且调试方便,易于单个制作或成批生产系列化产品。
本发明有如下附图:
图1为多通道光电耦合采样开关器单个通道电路图;
图2为多通道光电耦合采样开关器另一种单个通道电路图;
图3为用光耦合器构成的保护电路图;
图4为用稳压二极管构成的保护电路图;
图5为防电平抖动平衡网络电路图。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1、2示出的单个通道电路图都是一个七端网络单元。C1、E2端子为输入端,E1、C2端子为输出端,M、N端子为控制端,外接控制电路,其中N端子接地,H端子为电源端,接正电源+E,光耦合器G1、G2型号相同。
输入端C1是光耦合器G1的受光三极管的集电极,输入端E2是光耦合器G2的受光三极管的发射极;输出端E1是光耦合器G1的受光三极管的发射极,输出端C2是光耦合器G2的受光三极管的集电极;控制端M经基极电阻RB1接驱动晶体三极管T1的基极,控制端N是驱动晶体三极管T1的发射极,接地为零电位;光耦合器G1、G2中的发光二极管有串、并联两种接法。图1为串联接法,光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管正极相连,光耦合器G1的发光二极管正极经负载电阻RD1与正电源+E连接,光耦合器G2的发光二极管负极与驱动晶体三极管T1的集电极连接;图2为并联接法,光耦合器G1的发光二极管正极与光耦合器G2的发光二极管正极相连,并经负载 电阻RD1与正电源+E连接,光耦合器G1的发光二极管的负极与光耦合器G2的发光二极管负极相连,并与驱动晶体三极管T1的集电极连接;保护电路BH是一个五端网络或二端网络,五端网络或二端网络的两个端子跨接在七端网络单元的输入端C1、E2,五端网络的其它三个端子中的H端接正电源+E,F端接驱动晶体三极管T1的集电极,N端即驱动晶体三极管T1的发射极接地为零电位。
防电平抖动平衡网络是一个四端网络,如图5所示。其输入端之一是光耦合器G1的受光三极管的发射极E1,即七端网络单元的输出端E1,输入端之二是光耦合器G2的受光三极管的集电极C2,即七端网络单元的输出端C2,输出端为S、K。E1、S端间有一个可变电阻RW1,C2、K端间有一个可变电阻 、K端间跨接有电容器C*。
控制电路KZ可以直接选用各种型号的微处理器系列中的输入/输出接口电路,也可以用分立元器件组成。
对于光耦合器G1、G2发光二极管串联连接的七端网络单元,给光耦合器G1、G2的发光二极管加上足以使受光三极管处于深度饱和的工作电流,即控制电流ID,则光耦合器G1的C1、E1端间以及光耦合器G2的E2、C2端间相当于短接,模拟信号电流可以顺利通过。反之,断开ID,则C1、E1端间以及C2、E2端间相当于开路。
然而,实际上在C1、E1端间以及C2、E2端间饱和导通时,仍有0.1~0.4伏左右的饱和压降,这与信号电流的大小以及所选用的光耦合器的型号有关。此饱和压降可以视为存在动态电阻 和 。如果信号源变送器为恒流输出,其输出电阻为RSC,负载电阻即I/V转换器的输入电阻RSr,则只要满足:
由于变送器都是高阻恒流输出,I/V转换器也都是低阻输入,可变电阻RW1和RW2根据实际负载调整(阻值可以为O),所以上述关系式容易满足。
光耦合器G1、G2发光二极管并联连接的七端网络单元,与串联连接的七端网络单元实质上是相同的。区别在于流过驱动晶体三极管T1的控制电流的大小不同,因此,负载电阻RD1的取值不同,驱动晶体三极管T1的型号参数也不同。
以下就光耦合器G1、G2中的发光二极管串联连接的七端网络单元中保护电路BH(见图1)的两种不同网络形式,介绍本发明的两个实施例。
实施例1:图3为实施例1的一种五端网络形式的保护电路。光耦合器G3与图1、2中的光耦合器G1、G2的型号相同。晶体三极管T2为光耦合器G3的驱动晶体三极管,与图1、2中的驱动晶体三极管T1的型号相同。电阻RB2为驱动晶体三极管T2的基极电阻,电阻RD2为光耦合器G3中发光二极管的负载电阻。电阻R*是模拟通道负载电阻,其取值应尽可能符合如下关系式:
R*=Rsr+Rc1E1+
或者R*=Rsr+Rc2E2+
当控制电路KZ发出启动该通道采样的信号即输出高电平时,晶体三极管T1饱和导通。驱动光耦合器G1、G2同时饱和导通。此时F端为低电位,使驱动晶体三极管T2截止,因而光耦合器G3截止,C1、E2端间断开。信号电流从变送器一个输出端流出,经光耦合器G1的C1端到E1端,再经过防电平抖动平衡网络的S端流入隔离式I/V转换器 的一个输入端,又从另一个输入端流出,经过防电平抖动平衡网络的K端到C2端,再经过光耦合器G2的E2端流入变送器的另一个输出端,从而构成闭合回路。这样信号电流就从变送器经过光耦合器G1、G2传送到隔离式I/V转换器,经I/V转换器转换成信号电压。该信号电压又经模数转换器转换成数字量,然后输入计算机中,从而实现了隔离式数据采集。
而当控制电路KZ发出关闭该通道采样的信号即输出低电平时,晶体三极管T1截止,使光耦合器G1、G2也同时截止,该通道切断。此时F端为高电位,使驱动晶体三极管T2饱和导通,从而使光耦合器G3也饱和导通。此时相当于在光耦合多路采样开关器C1、E2端间接入负载电阻R*。变送器输出的信号电流经光耦合器G3,负载电阻R*,流回变送器。保护恒流源不致因通道的切断而电压上升造成故障。
图1、3中的光耦合器G1、G2、G3型号为G0103(参见苏州半导体总厂企业标准);驱动晶体三极管T1、T2型号为3DK;电阻RD1、RD2为68欧;电阻RB1、RB2为470欧;电阻R*为270欧。电源+E为+5伏。图5中的可变电阻RW1、RW2为470欧电位器,电容C*为0.47微法。
光耦合器G1、G2的关断和光耦合器G3的饱和是同步进行的,反之亦然。因此该实施例的采样速度比较快,而且各通道的关闭和导通比较平滑,不会发生较大的电压抖动,适合于采样频率较快的系统中使用。
实施例2:图4为实施例2的一种二端网络形式的保护电路。它实际上是一个稳压二极管DW,跨接在多通道光电耦合采样开关器的输入端C1、E2之间。
当控制电路KZ发出启动该通道采样的信号即输出高电平时,晶体三极管T1饱和导通,驱动光耦合器G1、G2同时饱和导通。此时C1、E2间的电位差低于稳压二极管DW的反向击穿电压(选择稳压二极管型号及参数可以满足要求),使稳压二极管DW处于截止状态,C1、E2端间断开。信号电流从变送器一个输出端流出,经光耦合器G1的C1端到E1端,再经过防电平抖动平衡网络的S端流入隔离式I/V转换器的一个输入端,又从另一个输入端流出,经过防电平抖动平衡网络的K端到C2端,再经过光耦合器G2的E2端流入变送器的另一个输出端,从而构成闭合回路。这样信号电流就从变送器经过光耦合器G1和G2传送到隔离式I/V转换器,经I/V转换器转换成信号电压。该信号电压又经模数转换器转换成数字量,然后输入计算机中,从而实现了隔离式的数据采集。
而当控制电路KZ发出关闭该通道采样的信号即输出低电平时,晶体三极管T1截止,使光耦合器G1、G2也同时截止,该通道切断。此时C1、E2间的电位差突然升高,使稳压二极管DW击穿导通,形成回路。保护恒流源不致因通道切断而电压上升造成故障。
图4中的稳压二极管DW型号为2CW60。
本实施例电路简单,元器件少,成本低。但采样速度相对比较慢,只适用于一般的工业现场检测控制。
Claims (1)
1、一种多通道光电耦合采样开关器,其特征在于它是将多个由光耦合器、晶体三极管、电阻及保护电路组成的七端网络单元之输出端并联,在输出端串接一个防电平抖动平衡网络,并组装在一只盒式容器内的组件,它具有多对输入端和一对输出端,各网络单元分别受控制电路控制,七端网络单元的构成是:
1.1G1、E2端子为输入端,输入端C1是光耦合器C1的受光三极管的集电极,输入端E2是光耦合器G2的受光三极管的发射极;
1.2E1、C2端子为输出端,输出端E1是光耦合器G1的受光三极管的发射极,输出端C2是光耦合器G2的受光三极管的集电极;
1.3M、N端子为控制端,控制端M经基极电阻RB1接驱动晶体三极管T1的基极,控制端N是驱动晶体三极管T1的发射极,接地为零电位,H端子为电源端,接正电源+E;
1.4光耦合器G1、G2中的发光二极管有串并联两种接法,串联接法是光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管正极相连,光耦合器G1的发光二极管正极经负载电阻RD1与正电源+E连接,光耦合器G2的发光二极管负极与驱动晶体三极管T1的集电极连接,并联接法是光耦合器G1的发光二极管正极与光耦合器G2的发光二极管正极相连,并经负载电阻RD1与正电源+E连接,光耦合器G1的发光二极管负极与光耦合器G2的发光二极管负极相连,并与驱动晶体三极管T1的集电极连接;
1.5保护电路是一个五端网络或二端网络,五端网络或二端网络的两个端子跨接在七端网络单元的输入端C1、E2、五端网络的其它三个端子,其一接正电源+E、其二接驱动晶体三极管T1的集电极,其三接地为零电位。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 88106829 CN1032986A (zh) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 多通道光电耦合采样开关器 |
Applications Claiming Priority (1)
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CN 88106829 CN1032986A (zh) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 多通道光电耦合采样开关器 |
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CN1032986A true CN1032986A (zh) | 1989-05-17 |
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ID=4834398
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN 88106829 Pending CN1032986A (zh) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 多通道光电耦合采样开关器 |
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CN (1) | CN1032986A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100337402C (zh) * | 2003-04-11 | 2007-09-12 | 夏普株式会社 | 多信道光耦合器 |
CN101650872B (zh) * | 2009-09-03 | 2011-06-29 | 上海华冠电子设备有限责任公司 | 用电信息采集系统及方法 |
CN103649801A (zh) * | 2011-05-20 | 2014-03-19 | 泰科电子公司 | 用于光学组件的可环境密封的封装 |
CN109412575A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-01 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种传输方向可选的高速数字型光电耦合器 |
-
1988
- 1988-09-16 CN CN 88106829 patent/CN1032986A/zh active Pending
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