本章主要利用模拟广电耦合器HCNR200、HCNR201进行信号隔离电路设计。

HCNR200模型建立

HCNR200模型及测试电路如下图所示。其内部包含两路完全匹配的光电耦合器，分别通过电流控制电流源FPD1和FPD2进行模拟，输入电流信号控制晶体管QL1和QL2的基极电流，从而控制器集电极电流——即FPD1和FPD2的输入电流，最终控制两光电耦合器的输出电流一致，从而实现线性信号隔离。

简单线性隔离电路

简单线性隔离电路由HCNR200、晶体管和电阻构成，如下图所示。Q1、Q2、R3和R4构成输入侧运算放大器，Q3、Q4、R5、R6和R7构成输出侧运算放大器，R1和R2为反馈电阻。当增益较低、输入电流和偏置电压较高时，电路精度将会受到影响，但工作方式保持不变。由于基本电路运行方式并未改变，所以电路仍然具有良好的增益稳定性。使用分立晶体管取代运算放大器设计电路时牺牲了精度但降低了成本，并且同样能够达到良好的带宽和增益稳定性。

正常工作时输出电压为V(OUT)=(R2/R1)V(IN)，输出与输入呈线性关系，通过改变电阻R2与R1比值调节电压增益。R4和R6通过降低本地回路增益改善输入和输出电路的动态范围和稳定性，R3和R5用以提供足够电流驱动Q2和Q4基极，R7使得Q4以相同与Q2的集电极电流工作。

精密线性隔离电路

精密单极性线性隔离电路图如下图所示。电路由光电耦合器、运算放大器及相关元器件构成。U2A和U3A两运算放大器为独立封装的LM158，而非单一封装内的两个通道，否则会因单一封装中两个运算放大器使用相同的 接地和电源而无法实现电气绝缘。线性闭环反馈连接的运算放大器使得两输入端具有相同输入电压，因此运算放大器使得观点二极管DPD1和DPD2上的跨电压维持在0V。该电路为单电源供电，运算放大器选用轨到轨类型，以扩大输入和输出电压范围。

精密双极性隔离电路

精密双极性线性隔离电路由光电耦合器、运算放大器及相关元器件构成，具体如下图所示。其中U1和U3负责正相信号隔离，U2和U4负责负相信号隔离，然后通过U5输出。实际工作时首先调节R1和R2阻值使得输出电压正负比例对称，然后调节R5进行增益控制。如果R1=R2，则输出电压V(OUT)=(R5/R1)V(IN)。

电路采用双电源供电，R3、R4为限流电阻，保证LED电流最大值不超过25mA；并且LED正向最大导通电压为1.6V，晶体管饱和电压约为0.2V，根据供电电压计算R2电阻值。运算放大器选用轨到轨类型，以扩大输入和输出电压范围。

电压—电流转换隔离电路

电压—电流转换隔离电路由光电耦合器、运算放大器及相关元器件构成，具体如下图所示。其中U1和U2分别负责输入和输出侧信号反馈控制；U3负责信号隔离；Q3、Q4、D1和电阻R7、R8构成输出侧运算放大器供电电路，当输出侧电压源VL幅值改变时为运算放大器U2提供稳定地直流电源。为保证转换精度，电阻R3阻值选为R5阻值的200倍以上。限流电阻R2和R6的计算需要保证电路能够在最大电流时正常工作。正常工作时I(OUT)/V(IN)≈R3/(R5R1p)