國(guó)產(chǎn)化隔離放大器TH3656的應(yīng)用與驗(yàn)證

王林 魏來 羅興科 韓凱

摘 要：隔離放大器具有共模抑制比高、三端隔離、保護(hù)被測(cè)設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，在模擬信號(hào)采集領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文從介紹了典型國(guó)產(chǎn)隔離放大器TH3656的技術(shù)特點(diǎn)，工作原理和應(yīng)用技巧。關(guān)鍵詞：隔離放大器；國(guó)產(chǎn)化；應(yīng)用技巧1 國(guó)產(chǎn)隔離放大器應(yīng)用簡(jiǎn)介1.1 國(guó)產(chǎn)隔離放大器簡(jiǎn)介隔離放大器是繼運(yùn)算放大器、儀表放大器后的第三代放大器，其特點(diǎn)是能夠承受更高的共模電壓而讓差模信號(hào)自由通行。所謂“隔離”，是指電氣上的隔離，讓信號(hào)通過其他渠道進(jìn)行傳輸，避免電氣上的直接相連。隔離放大器的基本要求是保證信號(hào)不失真，并具有較高的隔離電壓和一定的頻率范圍[1]。依據(jù)不同介質(zhì)，目前常見的隔離方式主要包括光電隔離、電磁隔離、電容隔離與超聲隔離等。TH3656是其中的代表之一。TH3656是一款國(guó)產(chǎn)電磁隔離式放大器，可實(shí)現(xiàn)輸入地、輸出地與電源地的三端隔離。該放大器的主要優(yōu)點(diǎn)是：尺寸小、重量輕；隔離性能好；線性度高；增益高；價(jià)格便宜等。1.2 TH3656在模擬信號(hào)采集中的典型應(yīng)用TH3656的典型應(yīng)用電路如圖1所示。外接的5V電壓是為輸出提供偏壓，當(dāng)輸入為雙極性信號(hào)時(shí)，將偏壓調(diào)為2.5V，把滿量程信號(hào)調(diào)為±2.5V，加上偏壓后為0～5V。當(dāng)輸入為單極性信號(hào)時(shí)，把滿量程信號(hào)調(diào)為0～5V信號(hào)，當(dāng)零位為負(fù)電壓時(shí)，調(diào)節(jié)偏壓值使零位為正電壓。

2 國(guó)產(chǎn)隔離放大器應(yīng)用驗(yàn)證2.1 靜態(tài)精度校準(zhǔn)問題在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮隔離放大器非線性、重復(fù)性及遲滯三項(xiàng)誤差對(duì)靜態(tài)精度的影響。非線性主要由器件本身決定，一般呈現(xiàn)S狀曲線；遲滯表現(xiàn)為正反行程測(cè)量結(jié)果的不一致性；重復(fù)性表現(xiàn)為同樣輸入電壓會(huì)出現(xiàn)不同的輸出電壓。 靜態(tài)校準(zhǔn)的電路原理圖如圖2所示。靜態(tài)校準(zhǔn)需要有一臺(tái)基準(zhǔn)電壓源和高精度數(shù)字電壓表。用精密線繞多圈電位計(jì)（RW），5KΩ左右，輸出穩(wěn)定的直流電壓，作為被測(cè)隔離放大器的激勵(lì)Ui。為實(shí)現(xiàn)雙極性輸入-5V～+5V，需設(shè)置極性轉(zhuǎn)換開關(guān)。 根據(jù)誤差理論，每次校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)不應(yīng)少于20對(duì)（Xi，Yi）數(shù)據(jù)，且不少于一個(gè)循環(huán)，數(shù)據(jù)均勻分布。雙極性時(shí)輸入、輸出電壓范圍廣，正、負(fù)向各分成5份，一個(gè)行程就有21對(duì)數(shù)據(jù)。采用最小二乘法，獲得擬合直線，亦稱回歸直線，其方程為： （1）式中A為截距，亦稱零位；B為斜率，亦稱靈敏度或增益。X為自變量，Y為應(yīng)變量。放大器的輸入電壓Ui及輸出電壓Uo分別與X，Y對(duì)應(yīng)，如圖3所示。 2.2 交流分量引入問題當(dāng)輸入信號(hào)存在來自開關(guān)電源的紋波或者其他交流分量，特別是從輸入地線引入的交流分量時(shí)，TH3656的輸出直流信號(hào)值會(huì)有所下降。為解決此問題，通常采用如下幾個(gè)辦法：1）提高輸入信號(hào)品質(zhì)，比如用線性電源代替開關(guān)電源，減少紋波；2）輸入端選擇合適的RC濾波電路，將高頻信號(hào)在前端電路濾掉，防止交流信號(hào)進(jìn)入芯片內(nèi)部；3）芯片殼體接地。2.3 環(huán)境適應(yīng)性分析隨機(jī)振動(dòng)篩選是電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不可缺少的一道工序。在進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)篩選前，必須先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)摸底試驗(yàn)（試振），監(jiān)測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部在20 Hz～2000Hz范圍內(nèi)的共振頻率。如產(chǎn)品不發(fā)生共振放大，即可轉(zhuǎn)入后續(xù)的隨機(jī)振動(dòng)篩選；若產(chǎn)品在20Hz～2000Hz范圍內(nèi)存在共振頻率，但其均方根加速度值小于設(shè)計(jì)允許的最大值，則可進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)篩選。若產(chǎn)品在20Hz～2000Hz范圍內(nèi)存在共振頻率，且其均方根加速度大于設(shè)計(jì)允許的最大值，則應(yīng)改進(jìn)某些頻點(diǎn)的振動(dòng)量級(jí)，降低振動(dòng)響應(yīng)，使其均方根加速度小于設(shè)計(jì)允許的最大值，再進(jìn)行整機(jī)隨機(jī)振動(dòng)篩選。3 結(jié)論本文對(duì)于國(guó)產(chǎn)隔離放大器TH3656的性能、功能及工程實(shí)際使用中的相關(guān)問題進(jìn)行了深入研討。作為模擬信號(hào)采集領(lǐng)域的前沿技術(shù)，國(guó)產(chǎn)隔離放大器實(shí)現(xiàn)了核心元器件的國(guó)產(chǎn)化，具有100%的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，提高了國(guó)內(nèi)模擬測(cè)量技術(shù)的發(fā)展水平。參考文獻(xiàn)[1]徐志躍.隔離放大器及其應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（6）.