专利名称：光电耦合无源式放大器的制作方法
技术领域：
本发明属于光电耦合放大器结构的改进，特别是光电耦合无源式放大器。
背景技术：
许多技术领域的高精密电子仪器中的电路各类放大器、积分器、比较器、 电子开关等的结构与性能直接决定该仪器的性能、它们之间信号的传输、即耦 合多为阻容式耦合，该耦合方式隔离性差、抗干扰能力弱、相互影响大，当放 大器达一定的放大值时、就会严重影响放大器的性能、甚至不能正常工作。极 少部分是光电管式耦合，后者虽然抗干扰能力提高了许多，隔离性、相互影响 性均改善了许多，但美中不足在于光电耦合的输入端使用光电二极、三极管， 其正极、集电极需加直流电源，故有电源就会产生干扰和小的暗电流，在超高
倍放大时、影响放大器性能的因素尤为突出。在精度要求极高的领域如医学 领域中、各种X线系列摄影机最大能力减少射线损伤、要求曝光剂量越低越好， 许多生物电位都十分微弱，如脑电、心电、肌电、高频心电、眼电位、血液中 离子浓度的电信号等，它们的电压幅值约为lmV至0. 5uv甚至更低的范围，环 境电磁场干扰大，有的还具有信号源内阻高、伴50Hz巿电共模干扰等，对它们 测量放大时，要用抗千扰能力很强、噪声极低、高输入阻抗、高共模抑制比、 高增益低漂移等最优的运算放大器作前置放大器，这样还要增加太多的补偿电 路。若要提高探测器的灵敏度、工艺难度很大而成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电耦合无源式放大器，其电路结构简单，能 够有效隔离和避免所有的噪声干扰，抗干扰能力强，易于大规模集成化制造。
本发明的目的是这样实现的 一种光电耦合无源式放大器，该放大器至少 包括第一级运算放大器IC1以及第二级运算放大器IC2,第一级运算放大器IC1 的输出端串联设置着限流电阻R1和高线性红外发光二极管，第二级运算放大器 IC2的输入端连接着硅光电池，高线性红外发光二极管和硅光电池相对布置且均 封装在一个金属屏蔽罩内。
本发明放大器工作时，放大器IC1将输入的很微弱的信号放大，其输出端 经R1使高线性红外发光二极管发光，光强变化随输入信号的强弱而呈比例线性 变化，被硅光电池接收后输出给第二级放大器IC2再次放大，硅光电池对红外 光更灵敏、稳定、基本无噪声、线性度更好，这就是由电变成光、再由光变成 电传输耦合的过程。两级放大器的放大增益可设计的很高，且工作仍很稳定， 这样该放大器就有了光电耦合放大器的 一切优点和性能了 。如果放大幅值还不够，可设计三个放大器串联。输入端和输出端设计不同的RC网络和LC网络，就可做各种优质的频率放大器。本发明放大器电路结构简单，能够有效隔离和 避免所有的噪声干扰，抗干扰能力强，易于大规模集成化制造。
下面将结合附图对本发明作进一步说明。图1为本发明实施例1的电路结构示意图； 图2为本发明实施例2的电路结构示意图； 图3为本发明实施例3的电路结构示意图。
具体实施方式
一种光电耦合无源式放大器，如附图1所示，该放大器至少包括第一级运 算放大器IC1以及第二级运算放大器IC2,第一级运算放大器IC1的输出端串联 设置着限流电阻R1和高线性红外发光二极管3，第二级运算放大器IC2的输入 端连接着硅光电池2，高线性红外发光二极管3和硅光电池2相对布置且均封装 在一个金属屏蔽罩l内。硅光电池2的输出端串联设置着一个负载电阻RL,该负载电阻RL的阻值小 于或等于100欧姆。大家知道，光传输的性能远好于电传输，光电耦合器做开 关虽独具优势，但做线性放大器其线性度却不够理想，放大倍数也不够大，用 两级普通运算放大器串联，做微信号放大器，放大倍数在120分贝足够了，只 是抑制噪声的能力不够，所以将它们之间也实行光传输，即两级间光耦合的接 受方不用光电二极或三极管系列，而用电参数更好的硅光电池取代，将电源系 统祛除，其负载电阻RL取值在100欧姆以内，即硅光电池输出的短路电流与输 入光强呈良好的线性关系，从而使放大系统保持光耦合器的一切优势，还弥补 了其线性度和放大倍数不足的弱点。如图2所示，所说的运算放大器为积分器或比较器。另外，还可以将本发明技术方案推而广之，将所有传输部分均设计为光电 转换如两放大器与放大器、放大器与积分器之间、放大器与比较器、积分器 与比较器、无论是交流与直流放大器及逆变器均为光电转换，形成全光电耦合 式电路结构。硅光电池对红外线的灵敏度，其稳定性，频率特性、重复性和耐用性等均 优于任何光电三极管、二极管等，由于硅光电池还独具有"光生伏特效应"，所 以工作时无须加任何直流电源，从而彻底避免了电磁场干扰和电源波动，并且 硅光电池的暗电流ID小的可忽略不计，静态时无暗电流输出。而光电三极管不 仅有电场干扰和电源波动、其ID大约在O. ljaA—O. 3jaA以下至几百pA,且 稳定性远不如光电池类。因放大器间的单向光电传输性，放大系统两放大器间4完全电气隔离，外界干扰和电容器(一般电解电容允许的漏电流在0. 2mA — 1. 5mA) 及放大器内许多pn结的漏电流及差分放大适配的输入失调电压电流、温度漂移 的电压或电流等均被隔离因噪声电信号的频率总是低于被变换的光信号、其 空间传播能力不如光的传播能力强，而光电耦合的二极管与硅光电池之间存在 空间距离噪声电信号耦合时自然被滤除，避免了各种噪声的正向及反馈的联 级放大，彻底抑制噪声的同时保持了超高放大的程度和精度，光电耦合器的耦 合时间常数很小，小于2"S,可进一步滤除低频段的干扰，这些诸多优点在联 级放大阻容式耦合或直接式耦合中是无法实现的。光电耦合式放大作为生理 参数测量放大器的安全性能有望达到国际电工委员会(IEC)安全标准。用于X线 系列摄影机测量放大、如可使DR、 c形臂荧光透视机、CT机的曝光剂量非常低， 大大减少了对人体的辐射损伤。还可以用于许多强干扰、弱信号及各种生理电 位的测量放大。本发明放大器实用性强，可推广使用，因电路结构简单、便于 大规模集成化制造，通过微电子技术把光耦结构制造在运算放大器的芯片内， 即放大器之间的所有阻容耦合等形式尽可能的釆用光电耦合形式。光耦放大器 的放大倍数可设计的足够大>140dB，虽增益很高，但工作很稳定，信噪比极 高，成本很低，工艺和技术参数要求不高，无需调试，耐用。输入与输出的绝 缘隔离电压可达2. 5千伏，也可因工艺而增加。输入阻抗高达10120,暗电流 ID: <0. Ol(iA,提高制造工艺，再将二级或三级放大器输入端单高阻悬浮放 大系统可接近零背景噪声输出。故障率极低，如有故障便于排除，使用条件要 求不高。如图3所示，本发明放大器是直流放大器或交流放大器；比较器间传输的 信号可以是模拟放大器信号或数字放大器信号，还可以是低频、高频、超高频 放大器信号；高线性红外发光二极管3和硅光电池2可以是一只管和多管并联 或串联的光耦结构。
权利要求
1、一种光电耦合无源式放大器，其特征在于该放大器至少包括第一级运算放大器IC1以及第二级运算放大器IC2，第一级运算放大器IC1的输出端串联设置着限流电阻R1和高线性红外发光二极管(3)，第二级运算放大器IC2的输入端连接着硅光电池(2)，高线性红外发光二极管(3)和硅光电池(2)相对布置且均封装在一个金属屏蔽罩(1)内。
2、 根据权利要求l所述的光电耦合无源式放大器，其特征在于硅光电池(2)的输出端串联设置着一个负载电阻RL,该负载电阻RL的阻值小于或等于100欧姆。
3、 根据权利要求1所述的光电耦合无源式放大器，其特征在于所说的运算放大器为积分器或比较器。
4、 根据权利要求1所述的光电耦合无源式放大器，其特征在于该放大器是直流放大器或交流放大器；比较器间传输的信号可以是模拟放大器信号或数字放大器信号，还可以是低频、高频、超高频放大器信号；高线性红外发光二极管(3)和硅光电池(2)可以是一只管和多管并联或串联的光耦结构。
全文摘要
本发明公开了一种光电耦合无源式放大器，该放大器至少包括第一级运算放大器IC1以及第二级运算放大器IC2，第一级运算放大器IC1的输出端串联设置着限流电阻R1和高线性红外发光二极管，第二级运算放大器IC2的输入端连接着硅光电池，高线性红外发光二极管和硅光电池相对布置且均封装在一个金属屏蔽罩内。本发明放大器弥补了传统放大器线性度和放大倍数不足的弱点，与传统的光耦放大器相比，其噪声更低、增益更高、线性度更好。
文档编号H03F17/00GK101674058SQ200910113218
公开日2010年3月17日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者毅 刘, 刘雅倩, 赵红芸 申请人:毅 刘