專利名稱：光電耦合無源式放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電耦合放大器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，特別是光電耦合無源式放大器。
背景技術(shù)：
許多技術(shù)領(lǐng)域的高精密電子儀器中的電路各類放大器、積分器、比較器、 電子開關(guān)等的結(jié)構(gòu)與性能直接決定該儀器的性能、它們之間信號的傳輸、即耦 合多為阻容式耦合，該耦合方式隔離性差、抗干擾能力弱、相互影響大，當(dāng)放 大器達(dá)一定的放大值時、就會嚴(yán)重影響放大器的性能、甚至不能正常工作。極 少部分是光電管式耦合，后者雖然抗干擾能力提高了許多，隔離性、相互影響 性均改善了許多，但美中不足在于光電耦合的輸入端使用光電二極、三極管， 其正極、集電極需加直流電源，故有電源就會產(chǎn)生干擾和小的暗電流，在超高
倍放大時、影響放大器性能的因素尤為突出。在精度要求極高的領(lǐng)域如醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域中、各種X線系列攝影機(jī)最大能力減少射線損傷、要求曝光劑量越低越好， 許多生物電位都十分微弱，如腦電、心電、肌電、高頻心電、眼電位、血液中 離子濃度的電信號等，它們的電壓幅值約為lmV至0. 5uv甚至更低的范圍，環(huán) 境電磁場干擾大，有的還具有信號源內(nèi)阻高、伴50Hz巿電共模干擾等，對它們 測量放大時，要用抗千擾能力很強(qiáng)、噪聲極低、高輸入阻抗、高共模抑制比、 高增益低漂移等最優(yōu)的運(yùn)算放大器作前置放大器，這樣還要增加太多的補(bǔ)償電 路。若要提高探測器的靈敏度、工藝難度很大而成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光電耦合無源式放大器，其電路結(jié)構(gòu)簡單，能 夠有效隔離和避免所有的噪聲干擾，抗干擾能力強(qiáng)，易于大規(guī)模集成化制造。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種光電耦合無源式放大器，該放大器至少 包括第一級運(yùn)算放大器IC1以及第二級運(yùn)算放大器IC2,第一級運(yùn)算放大器IC1 的輸出端串聯(lián)設(shè)置著限流電阻R1和高線性紅外發(fā)光二極管，第二級運(yùn)算放大器 IC2的輸入端連接著硅光電池，高線性紅外發(fā)光二極管和硅光電池相對布置且均 封裝在一個金屬屏蔽罩內(nèi)。
本發(fā)明放大器工作時，放大器IC1將輸入的很微弱的信號放大，其輸出端 經(jīng)R1使高線性紅外發(fā)光二極管發(fā)光，光強(qiáng)變化隨輸入信號的強(qiáng)弱而呈比例線性 變化，被硅光電池接收后輸出給第二級放大器IC2再次放大，硅光電池對紅外 光更靈敏、穩(wěn)定、基本無噪聲、線性度更好，這就是由電變成光、再由光變成 電傳輸耦合的過程。兩級放大器的放大增益可設(shè)計(jì)的很高，且工作仍很穩(wěn)定， 這樣該放大器就有了光電耦合放大器的 一切優(yōu)點(diǎn)和性能了 。如果放大幅值還不夠，可設(shè)計(jì)三個放大器串聯(lián)。輸入端和輸出端設(shè)計(jì)不同的RC網(wǎng)絡(luò)和LC網(wǎng)絡(luò)，就可做各種優(yōu)質(zhì)的頻率放大器。本發(fā)明放大器電路結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效隔離和 避免所有的噪聲干擾，抗干擾能力強(qiáng)，易于大規(guī)模集成化制造。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種光電耦合無源式放大器，如附圖1所示，該放大器至少包括第一級運(yùn) 算放大器IC1以及第二級運(yùn)算放大器IC2,第一級運(yùn)算放大器IC1的輸出端串聯(lián) 設(shè)置著限流電阻R1和高線性紅外發(fā)光二極管3，第二級運(yùn)算放大器IC2的輸入 端連接著硅光電池2，高線性紅外發(fā)光二極管3和硅光電池2相對布置且均封裝 在一個金屬屏蔽罩l內(nèi)。硅光電池2的輸出端串聯(lián)設(shè)置著一個負(fù)載電阻RL,該負(fù)載電阻RL的阻值小 于或等于100歐姆。大家知道，光傳輸?shù)男阅苓h(yuǎn)好于電傳輸，光電耦合器做開 關(guān)雖獨(dú)具優(yōu)勢，但做線性放大器其線性度卻不夠理想，放大倍數(shù)也不夠大，用 兩級普通運(yùn)算放大器串聯(lián)，做微信號放大器，放大倍數(shù)在120分貝足夠了，只 是抑制噪聲的能力不夠，所以將它們之間也實(shí)行光傳輸，即兩級間光耦合的接 受方不用光電二極或三極管系列，而用電參數(shù)更好的硅光電池取代，將電源系 統(tǒng)祛除，其負(fù)載電阻RL取值在100歐姆以內(nèi)，即硅光電池輸出的短路電流與輸 入光強(qiáng)呈良好的線性關(guān)系，從而使放大系統(tǒng)保持光耦合器的一切優(yōu)勢，還彌補(bǔ) 了其線性度和放大倍數(shù)不足的弱點(diǎn)。如圖2所示，所說的運(yùn)算放大器為積分器或比較器。另外，還可以將本發(fā)明技術(shù)方案推而廣之，將所有傳輸部分均設(shè)計(jì)為光電 轉(zhuǎn)換如兩放大器與放大器、放大器與積分器之間、放大器與比較器、積分器 與比較器、無論是交流與直流放大器及逆變器均為光電轉(zhuǎn)換，形成全光電耦合 式電路結(jié)構(gòu)。硅光電池對紅外線的靈敏度，其穩(wěn)定性，頻率特性、重復(fù)性和耐用性等均 優(yōu)于任何光電三極管、二極管等，由于硅光電池還獨(dú)具有"光生伏特效應(yīng)"，所 以工作時無須加任何直流電源，從而徹底避免了電磁場干擾和電源波動，并且 硅光電池的暗電流ID小的可忽略不計(jì)，靜態(tài)時無暗電流輸出。而光電三極管不 僅有電場干擾和電源波動、其ID大約在O. ljaA—O. 3jaA以下至幾百pA,且 穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如光電池類。因放大器間的單向光電傳輸性，放大系統(tǒng)兩放大器間4完全電氣隔離，外界干擾和電容器(一般電解電容允許的漏電流在0. 2mA — 1. 5mA) 及放大器內(nèi)許多pn結(jié)的漏電流及差分放大適配的輸入失調(diào)電壓電流、溫度漂移 的電壓或電流等均被隔離因噪聲電信號的頻率總是低于被變換的光信號、其 空間傳播能力不如光的傳播能力強(qiáng)，而光電耦合的二極管與硅光電池之間存在 空間距離噪聲電信號耦合時自然被濾除，避免了各種噪聲的正向及反饋的聯(lián) 級放大，徹底抑制噪聲的同時保持了超高放大的程度和精度，光電耦合器的耦 合時間常數(shù)很小，小于2"S,可進(jìn)一步濾除低頻段的干擾，這些諸多優(yōu)點(diǎn)在聯(lián) 級放大阻容式耦合或直接式耦合中是無法實(shí)現(xiàn)的。光電耦合式放大作為生理 參數(shù)測量放大器的安全性能有望達(dá)到國際電工委員會(IEC)安全標(biāo)準(zhǔn)。用于X線 系列攝影機(jī)測量放大、如可使DR、 c形臂熒光透視機(jī)、CT機(jī)的曝光劑量非常低， 大大減少了對人體的輻射損傷。還可以用于許多強(qiáng)干擾、弱信號及各種生理電 位的測量放大。本發(fā)明放大器實(shí)用性強(qiáng)，可推廣使用，因電路結(jié)構(gòu)簡單、便于 大規(guī)模集成化制造，通過微電子技術(shù)把光耦結(jié)構(gòu)制造在運(yùn)算放大器的芯片內(nèi)， 即放大器之間的所有阻容耦合等形式盡可能的釆用光電耦合形式。光耦放大器 的放大倍數(shù)可設(shè)計(jì)的足夠大>140dB，雖增益很高，但工作很穩(wěn)定，信噪比極 高，成本很低，工藝和技術(shù)參數(shù)要求不高，無需調(diào)試，耐用。輸入與輸出的絕 緣隔離電壓可達(dá)2. 5千伏，也可因工藝而增加。輸入阻抗高達(dá)10120,暗電流 ID: <0. Ol(iA,提高制造工藝，再將二級或三級放大器輸入端單高阻懸浮放 大系統(tǒng)可接近零背景噪聲輸出。故障率極低，如有故障便于排除，使用條件要 求不高。如圖3所示，本發(fā)明放大器是直流放大器或交流放大器；比較器間傳輸?shù)?信號可以是模擬放大器信號或數(shù)字放大器信號，還可以是低頻、高頻、超高頻 放大器信號；高線性紅外發(fā)光二極管3和硅光電池2可以是一只管和多管并聯(lián) 或串聯(lián)的光耦結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種光電耦合無源式放大器，其特征在于該放大器至少包括第一級運(yùn)算放大器IC1以及第二級運(yùn)算放大器IC2，第一級運(yùn)算放大器IC1的輸出端串聯(lián)設(shè)置著限流電阻R1和高線性紅外發(fā)光二極管(3)，第二級運(yùn)算放大器IC2的輸入端連接著硅光電池(2)，高線性紅外發(fā)光二極管(3)和硅光電池(2)相對布置且均封裝在一個金屬屏蔽罩(1)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電耦合無源式放大器，其特征在于硅光電池(2)的輸出端串聯(lián)設(shè)置著一個負(fù)載電阻RL,該負(fù)載電阻RL的阻值小于或等于100歐姆。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電耦合無源式放大器，其特征在于所說的運(yùn)算放大器為積分器或比較器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電耦合無源式放大器，其特征在于該放大器是直流放大器或交流放大器；比較器間傳輸?shù)男盘柨梢允悄M放大器信號或數(shù)字放大器信號，還可以是低頻、高頻、超高頻放大器信號；高線性紅外發(fā)光二極管(3)和硅光電池(2)可以是一只管和多管并聯(lián)或串聯(lián)的光耦結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電耦合無源式放大器，該放大器至少包括第一級運(yùn)算放大器IC1以及第二級運(yùn)算放大器IC2，第一級運(yùn)算放大器IC1的輸出端串聯(lián)設(shè)置著限流電阻R1和高線性紅外發(fā)光二極管，第二級運(yùn)算放大器IC2的輸入端連接著硅光電池，高線性紅外發(fā)光二極管和硅光電池相對布置且均封裝在一個金屬屏蔽罩內(nèi)。本發(fā)明放大器彌補(bǔ)了傳統(tǒng)放大器線性度和放大倍數(shù)不足的弱點(diǎn)，與傳統(tǒng)的光耦放大器相比，其噪聲更低、增益更高、線性度更好。
文檔編號H03F17/00GK101674058SQ200910113218
公開日2010年3月17日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者毅 劉, 劉雅倩, 趙紅蕓 申請人:毅 劉