一种用于光耦合器的光检测驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于光耦合器的光检测驱动电路，主要由光电二极管、前置放大器和功率驱动电路组成，所述前置放大器包括第一检测晶体管Q1和第二检测晶体管Q2，所述第一检测晶体管Q1和第二检测晶体管Q2均为NPN型晶体管。本实用新型具有低噪声、高增益、带宽适当、动态输入范围较大并且具有功率驱动性能良好的优点。
【专利说明】—种用于光耦合器的光检测驱动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光检测驱动电路，特别是适用于光耦合器的光检测驱动电路。
【背景技术】
[0002]光电耦合器是一种把红外发光器件和红外接收器件以及信号处理电路(红外接收器件以及信号处理电路组成了光检测电路)等封装在同一管座内的器件。输入电信号加到输入端发光器件发光二极管上，发光二极管发光，光接收器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电-光-电”的转换及输出，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，即所谓的电隔离。
[0003]光检测电路主要由光电探测器(通常为光电二极管)与晶体管放大电路组成，它将光路传来的微弱光信号经探测器转换成电信号并经放大器放大、处理后输出。现有技术中的光检测电路主要存在以下缺陷:(I)晶体管放大电路(也即是前置放大电路部分)采用高阻放大器，高阻放大器采用大的负载电阻来获得高灵敏度和低噪声，但带宽和动态范围不够理想，难以满足光耦器件高速、高灵敏度、大范围逻辑电平输出的应用需求；(2)缺少适合的功率驱动电路结构，难以实现良好的驱动功能。
实用新型内容
[0004]针对上述问题和不足，本实用新型所要解决的技术问题是:怎样提供一种低噪声、高增益、带宽适当、动态输入范围较大并且具有良好功率驱动性能的用于光耦合器的光检测驱动电路。
[0005]为了解决上述问题，本实用新型采用了以下的技术方案。
[0006]一种用于光耦合器的光检测驱动电路，主要由光电二极管、前置放大器和功率驱动电路组成，其特征在于:一种用于光耦合器的光检测驱动电路，主要由光电二极管、前置放大器和功率驱动电路组成，其特征在于:所述前置放大器包括第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2，所述第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2均为NPN型晶体管；第一检测晶体管Ql的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连，第一检测晶体管Ql的集电极和基极之间接有第一电阻R1，第一检测晶体管Ql的发射极接地，第一检测晶体管Ql的基极是前置放大器的输入端，前置放大器的输入端与光电二极管的阳极相连，光电二极管的阴极接地；第二检测晶体管Q2的基极与第一检测晶体管Ql的集电极相连，第二检测晶体管Q2的集电极与供电电源VCC相连，第二检测晶体管Q2的发射极通过第三电阻R3与地相连，第二检测晶体管Q2的发射极是前置放大器的输出端，前置放大器的输出端与功率驱动电路的输入端相连。
[0007]其中，所述功率驱动电路包括第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3，第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3均为NPN型晶体管；第一驱动晶体管Ml的基极是功率驱动电路的输入端，第一驱动晶体管Ml的集电极通过第四电阻R4与供电电源VCC相连，第一驱动晶体管Ml的发射极通过第六电阻R6与地相连；第二驱动晶体管M2的基极与第一驱动晶体管Ml的集电极相连，第二驱动晶体管M2的集电极通过第五电阻R5与供电电源VCC相连，第二驱动晶体管Ml的发射极与第一二极管Dl的阳极相连，第一二极管Dl的阴极与第三驱动晶体管M3的集电极相连，第一二极管Dl的阴极是功率驱动电路的输出端；第三驱动晶体管M3的基极与第一驱动晶体管Ml的发射极相连，第三驱动晶体管M3的基极还通过第六电阻R6接地，第三驱动晶体管M3的发射极接地。
[0008]相比现有技术，本实用新型具有如下优点:
[0009]本实用新型的前置放大电路部分基于跨阻放大器结构进行设计，由于:跨阻放大器电路的时间常数小，能有效地减小波形失真；跨阻放大器动态范围大，输出电阻小；跨阻放大器的反馈电阻可以控制放大器的输入和输出阻抗，因而可以利用这一点进行输入和输出之间的阻抗匹配，以减少电压驻波比，使得增益在整个频带内变化很小。因此与采用高阻放大器结构的电路相比本实用新型具有低噪声、高增益、带宽适当、动态输入范围较大的优点。此外本实用新型设置了适用于光耦合器件功率驱动电路结构，因此具有良好功率驱动性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型电路原理图；
[0011]图2为本实用新型中前置放大器电路结构图；
[0012]图3为本实用新型中功率驱动电路结构图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0014]如I所75,在光稱合器中光输入电信号加到输入端发光器件发光二极管上,发光二极管发光，光接收器件(光电二极管)接收光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了 “电-光-电”的转换及输出，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的。
[0015]本实用新型一种用于光耦合器的光检测驱动电路，主要由光电二极管、前置放大器和功率驱动电路组成。
[0016]如图2所示，前置放大器基于跨阻放大器结构进行设计，具体包括:包括第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2，所述第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2均为NPN型晶体管；第一检测晶体管Ql的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连，第一检测晶体管Ql的集电极和基极之间接有第一电阻Rl，第一检测晶体管Ql的发射极接地，第一检测晶体管Ql的基极是前置放大器的输入端，前置放大器的输入端与光电二极管的阳极相连，光电二极管的阴极接地；第二检测晶体管Q2的基极与第一检测晶体管Ql的集电极相连，第二检测晶体管Q2的集电极与供电电源VCC相连，第二检测晶体管Q2的发射极通过第三电阻R3与地相连，第二检测晶体管Q2的发射极是前置放大器的输出端，前置放大器的输出端与功率驱动电路的输入端相连。也即是本实用新型第一级采用共发射极，第二级采用射极跟随结构驱动后续电路。
[0017]如图3所示，功率驱动电路包括第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3，第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3均为NPN型晶体管；第一驱动晶体管Ml的基极是功率驱动电路的输入端，第一驱动晶体管Ml的集电极通过第四电阻R4与供电电源VCC相连，第一驱动晶体管Ml的发射极通过第六电阻R6与地相连；第二驱动晶体管M2的基极与第一驱动晶体管Ml的集电极相连，第二驱动晶体管M2的集电极通过第五电阻R5与供电电源VCC相连，第二驱动晶体管Ml的发射极与第一二极管Dl的阳极相连，第一二极管Dl的阴极与第三驱动晶体管M3的集电极相连，第一二极管Dl的阴极是功率驱动电路的输出端；第三驱动晶体管M3的基极与第一驱动晶体管Ml的发射极相连，第三驱动晶体管M3的发射极接地。
[0018]本实用新型功能和工作原理如下:光耦合器的基本工作原理是，输入电信号加到光耦合器输入端发光器件(通常为发光二极管)上，发光二极管发光，光接收器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了 “电-光-电”的转换及输出，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，即所谓的电隔离。
[0019]光接收电路接收光信号并转换成电信号，并将电信号放大处理成标准数字电平输出，也即是一个光电检测和和信号驱动的处理过程，这也是本实用新型具体完成的信号处理工作，以下具体描述本实用新型功能与工作原理:
[0020]光电二极管输出的微弱电流信号将进入前置放大器(跨阻放大器)；
[0021]前置放大器(跨阻放大器)总体为两级结构，具体的:
[0022]第一级电路包括第一检测晶体管Q1，第一电阻Rl和第二电阻R2，(其电路结构为:第一检测晶体管Ql的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连，第一检测晶体管Ql的集电极和基极之间接有第一电阻Rl，第一检测晶体管Ql的发射极接地，第一检测晶体管Ql的基极是前置放大器的输入端，前置放大器的输入端与光电二极管的阳极相连，光电二极管的阴极接地)；
[0023]该第一级电路中的第一检测晶体管Ql和第二电阻R2构成一个共发射极放大电路，而第一电阻Rl是一个直接连接在共发射极放大器Ql的BC结之间的反馈电阻；
[0024]第一级电路工作过程如下:反馈信号取自共发射极放大电路的输出端电压(记为
u。)，经反馈电阻(第一电阻Rl)转换为反馈电流(记为if)，根据KCL电流方程可以知:反馈电流if与输入电流iin(光电二极管输出的微弱电流信号)求差后作为共发射极放大电路的实际输入信号被放大，因此第一级电路实质上是一个以第一电阻Rl为反馈电阻的电压并联负反馈电路结构；
[0025]对于电压并联负反馈电路有关系表达式U。^ _iinRl，也即是一旦反馈电阻确定，输出电压(第一检测晶体管Ql的集电极电压)仅仅取决于输入电流(光电二极管输出的微弱电流信号)，放大器的增益量纲为电阻，并且放大器的增益与反馈电阻成正比，反馈电阻取值越大，放大器增益越大。
[0026]第一级电路是一个典型的能检测微弱电流信号并将其放大后以电压信号输出的跨阻放大器电路，而第二检测晶体管Q2和第第三电阻R3组成的第二级电路是一个射极跟随结构，也即是主要起隔离缓冲作用的射随器。[0027]对于跨阻放大器，减小反馈电阻时，放大器带宽增加，增益减小，同时引入了额外的热噪声电流，降低放大器的灵敏度，但是增加反馈电阻又会使带宽降低。”
[0028]该功率驱动电路实际上一个典型的可以输出TTL电平(用于驱动负载)的TTL反相器电路，具体工作原理为:以第一驱动晶体管Ml为核心的电路构成一级驱动，以第二驱动晶体管M2、第三驱动晶体管M3和第一二极管Dl构成的电路为另一级驱动，该结构可以把第一驱动晶体管Ml的单端输入信号转换为互补的双端输出信号以驱动以第二驱动晶体管M2和第三驱动晶体管M3，这是一种典型的推拉式输出电路，其中，第二驱动晶体管M2组成电压跟随器，而第三驱动晶体管M3为共射极电路，作为第二驱动晶体管M2的射极负载，这种输出级的优点是既能提高带负载能力(驱动能力强)，又能提高开关速度。
[0029]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种用于光耦合器的光检测驱动电路，主要由光电二极管、前置放大器和功率驱动电路组成，其特征在于:所述前置放大器包括第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2，所述第一检测晶体管Ql和第二检测晶体管Q2均为NPN型晶体管；第一检测晶体管Ql的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连，第一检测晶体管Ql的集电极和基极之间接有第一电阻R1，第一检测晶体管Ql的发射极接地，第一检测晶体管Ql的基极是前置放大器的输入端，前置放大器的输入端与光电二极管的阳极相连，光电二极管的阴极接地；第二检测晶体管Q2的基极与第一检测晶体管Ql的集电极相连，第二检测晶体管Q2的集电极与供电电源vcc相连，第二检测晶体管Q2的发射极通过第三电阻R3与地相连，第二检测晶体管Q2的发射极是前置放大器的输出端，前置放大器的输出端与功率驱动电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于光耦合器的光检测驱动电路，其特征在于，所述功率驱动电路包括第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3，第一驱动晶体管Ml、第二驱动晶体管M2、和第三驱动晶体管M3均为NPN型晶体管；第一驱动晶体管Ml的基极是功率驱动电路的输入端，第一驱动晶体管Ml的集电极通过第四电阻R4与供电电源VCC相连，第一驱动晶体管Ml的发射极通过第六电阻R6与地相连；第二驱动晶体管M2的基极与第一驱动晶体管Ml的集电极相连，第二驱动晶体管M2的集电极通过第五电阻R5与供电电源VCC相连，第二驱动晶体管Ml的发射极与第一二极管Dl的阳极相连，第一二极管Dl的阴极与第三驱动晶体管M3的集电极相连，第一二极管Dl的阴极是功率驱动电路的输出端；第三驱动晶体管M3的基极与第一驱动晶体管Ml的发射极相连，第三驱动晶体管M3的发射极接地。
【文档编号】H03K19/14GK203788269SQ201420003920
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】王宝英 申请人:重庆电子工程职业学院