Изолациони појачавачи

Изолациони појачавачи су склопови који обезбјеђују електричну изолацију односно представљају заштитну баријеру у електричном колу. Називају се и галвански одвојени појачавачи. Они се састоје из улазног и излазног појачавача који су физички одвојени а такође и удаљени. Дијелови изолационог појачавача се за разлику од класичног појачавача напајају из два извора напајања, засебно се напаја улазни а засебно излазни дио. Друга велика разлика у односу на класичне појачаваче је да се масе улазног и излазног дијела могу везати за различите потенцијале у колу што је још једна предност изолационог појачавача.

Конструкција

Изолациони појачавач се састоји од:

• улазног појачавача
• спреге улаза и излаза
• излазног појачавача

Спрега улаза и излаза обезбјеђује галванско односно потпуно физичко одвајање улазног од излазног појачавача.

Галванско одвајање

Галванско одвајање се може постићи на више начина:

• оптичком спрегом
• трансформаторском спрегом
• капацитивном спрегом
• механичком спрегом

Изолациони појачавач са оптичком спрегом (оптокаплер)

Оптичка спрега постиже се употребом фотодиоде (ЛЕД) и фототранзистора. Када се улаз изолационог појачавача побуди неким сигналом, фотодиода емитује свјетлост која активира фототранзистор односно активира излазни дио изолационог појачавача. Тако се постиже да улаз и излаз иако физички одвојени функционишу као једна цјелина у колу. Склоп који ради на принципу оптичке спреге назива се оптокаплер. Често се користи када је потребно извршити одвајање високо напонског дијела од ниско напонског дијела неког електричног кола.

Струја кроз диоду директно је пропорционална улазном напону. Промјена улазног напона доводи до промјене флукса коју емитује фотодиода и то на линеаран начин. Линеарност регулационе фотоосјетљиве диоде контролише линеарност изолационог појачавача. Због нелинарности самих фото-компоненти обично се праве оптокаплери који у себи имају два упарена фототранзистора која примају исти сигнал од једне фотодиоде (ЛЕД). Примјер таквог склопа је интегрисано коло ЛОЦ110 које је приказано на следећој слици.

Изолациони појачавач са трансформаторском спрегом

Централна компонента изолационог појачавача са трансформаторском спрегом је сигнални изолациони појачавач. На улазну (примарну) страну модула се прикључује сензор, док се излазна (секундарна) страна прикључује на систем за прикупљање података и мјерење. Трансформаторска изолација сигнала користи модулациону технику да би се добиле линеарне, стабилне и поуздане карактеристике. Примарна страна је у потпуности изолована у односу на секундарну страну. Демодулатор сигнала на секундарној страни модула обнавља оригинални сигнал, који се затим филтрира и „баферује“ да би се постигао низак ниво шума и ниска импеданса излазног сигнала.

На слици је приказан један дио склопа изолационог појачавача са трансформаторском спрегом у интегрисаном кућишту АД215.

Изолациони појачавач са капацитивном спрегом

Код овог изолационог појачавача изолациона баријера је у ствари диелектрик самог кондезатора који чини капацитивну спрегу између улазног и излазног појачавача. На слици је приказана блок шема изолационог појачавача са капацитивном спрегом.

Недостаци изолационих појачавача

Неке од основних недостатака изолационих појачавача о којима треба водити рачуна су:

• нелинеарност преносне карактеристике
• нестабилност коефијента појачања
• ограничен фреквентни опсег
• термичка раздешеност

Примјена

Галванско одвајање, осим што обезбјеђује физичку заштитну баријеру између улаза и излаза, елиминише све непожељне утицаје самог улаза на излаз. Због свега тога има широку примјену у медицинској електроници, нпр. код ЕКГ уређаја, гдје је потребно обезбједити безбједност пацијента а у исто вријеме и елиминисати шум који потиче од електричне мреже са које се уређај напаја. Такође се користи:

• код прекидачких извора напајања за регулацију излазног напона
• за галванско одвајање дигиталних кола од аналогних
• за управљање, мјерење и контролу у индустрији

Закључак

Изолациони појачавач се користи у системима као операциони појачавач који има особину галванског раздвајања улаза од излаза. Елементи повратне спреге појачавача бирају се тако да се остварују функције као и код обичног операционог појачавача. Пренос сигнала кроз изолациони појачавач може се остваривати на више начина, али свуда се појављује нелинеарност. За потребе прецизне инструментације, нелинеарност преноса сигнала може се умањити увођењем негативне повратне спреге или технике модулације.