[发明专利]一种电容耦合式隔离放大器

说明书

本发明提供了一种电容耦合式隔离放大器，包括依次相连的电压/频率控制器、双向输出高速比较器、差分耦合器、单向输出高速比较器、频率/电压转换器和低通滤波器。该隔离放大器利用电容器的电荷感应现象传递信号，同时实现电气隔离；具有直流信号和交流信号两种输入功能，通过外部电阻可调节电路的输入失调电压；该隔离放大器电路外围连接元件少，使用简便，每个隔离放大器可组成单位增益缓冲器形式，增益大小通过前置放大器或将输入信号分压来实现。具有价格低廉、深度电隔离、宽频率响应、高可靠性的特点。

技术领域

本发明属于数据采集技术领域，涉及一种隔离放大器，特别涉及一种电容耦合式隔离放大器。

背景技术

数据采集领域中有些采集对象处在高压或严重的噪声环境下，为了精密可靠地测量信号，需对被测对象和数据采集系统进行电隔离，使输入级和输出级保持相对独立，提高共模抑制比，同时保护电子仪器设备和人身安全。高的共模电压往往会导致危险的电气故障，具有高隔离电压和低漏电流的隔离放大器不仅能够保护测试设备，还能够切断输入侧和输出侧电路间的直接联系，避免干扰混入输出信号，同时又使有用信号畅通无阻。

隔离放大器种类繁多型号各异。根据输入和输出隔离方式的不同可分为变压器隔离放大器、光电隔离放大器和电容隔离放大器。其中，应用最广泛的是变压器隔离放大器。变压器隔离放大器一般由输入放大电路、调制电路、解调电路、振荡电路、输出放大器等部分组成。工作时，放大电路的输出信号经调制电路与振荡器的输出电压波形混合，然后通过变压器耦合到输出侧，再经解调电路还原，最后通过输出放大器构成的电压跟随器输出，以增强带负载能力。振荡器的输出通过变压器耦合到输入侧，经整流电路变换为直流电，为输入放大电路和调制电路供电；同时振荡器的输出还通过变压器耦合到输出侧，经整流电路变换为直流电，为输出放大器和解调电路供电，而振荡器则由外部供电，使变压器隔离放大器可以做到输入、输出、电源三端之间完全隔离。变压器隔离放大器中，变压器的制作（降低匝间电容、绕组的对称、在初次级间加屏蔽等）、变压器细线的手工焊接、大体积、高成本等缺点限制了它的广泛应用。

光电隔离放大器以光为媒介传输电信号，对输入电信号和输出电信号有良好的隔离作用。光电隔离放大器一般由光的发射、光的接收及信号放大三部分组成。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经进一步放大后输出，这样就完成了电—光—电的转换，从而达到输入信号和输出信号隔离的目的。光电耦合器的信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离。但是它的线性度不好，温度稳定性差。

相比之下，利用电容器进行隔离和耦合的放大器为数不多，如美国专利第4,292,595号（公告日1981.09.29）公开了用一对电容在隔离放大器中作为隔离栅。但其中的电路相当复杂，高压隔离电容的容值非常大，大约50pF，使电路相当不适用。现有的电容隔离放大器具有较高的性能，但是售价很高，精度和动态范围有降级问题等，不能满足用户要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容耦合式隔离放大器，不仅具有深度电隔离、宽频率响应、高可靠的性能，而且廉价。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电容耦合式隔离放大器，包括依次相连的电压/频率控制器、双向输出高速比较器、差分耦合器、单向输出高速比较器、频率/电压转换器和低通滤波器。

本发明隔离放大器利用电容器的电荷感应现象传递信号，同时实现电气隔离。具有直流信号和交流信号两种输入功能，通过外部电阻可调节电路的输入失调电压。该隔离放大器电路外围连接元件少，使用简便，每个隔离放大器可组成单位增益缓冲器形式，增益大小通过前置放大器或将输入信号分压来实现。具有价格低廉、深度电隔离、宽频率响应、高可靠性的特点。

附图说明

图1是本发明隔离放大器的结构示意图。

图2是本发明隔离放大器中电压/频率控制器的示意图。