CN103078628A - 增益可调的光电耦合器 - Google Patents

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来新泉
田磊
关会丽
何惠森
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Abstract

本发明公开了一种增益可调的光电耦合器，主要解决现有光电耦合器增益固定的问题。该光电耦合器包括发光二极管(1)、接收二极管(2)、运算放大器(31)、增益自动控制模块(32)、阈值产生模块(33)、迟滞比较器(34)、施密特触发器(35)、滤波器(36)和逻辑控制电路(4)；发光二极管(1)发出光信号被接收二极管(2)转换为接收电流Iin；运算放大器(31)将接收电流Iin转换为放大信号V1；增益自动控制模块(32)跨接于运算放大器(31)的两端，根据接收电流Iin的大小调节光电耦合器的增益；阈值产生模块(33)通过产生阈值电压V2控制光电耦合器的增益；放大信号V1和阈值电压V2依次经过迟滞比较器(34)、施密特触发器(35)、滤波器(36)和逻辑控制电路(4)，输出耦合电压Vo。本发明根据接收电流Iin的大小自动调节光电耦合器的增益，可提高光电耦合器的输入范围。

Description

增益可调的光电耦合器
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种增益可调的光电耦合器。
背景技术
光电耦合器是一种把发光器件和受光器件封装在同一壳体内的光电转换器件，以光为媒介传输电信号。光电耦合器的输入输出间互相隔离，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。光电耦合器还具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽等优点，因此在各种电路中得到广泛的应用。目前光电耦合器已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
图1所示为现有光电耦合器的结构图，包括发光二极管、接收二极管、光电检测电路和逻辑控制电路；发光二极管将输入电信号转换为一定波长的光信号，被接收二极管接收后输出电流信号给光电检测电路，光电检测对电流信号进行检测放大，输出控制信号给逻辑控制电路，控制信号经过逻辑控制电路的驱动后，输出耦合电压Vo。
上述光电耦合器由于增益为固定值，因此，其输入范围很小，不能对输入范围很大的电信号进行耦合，限制了光电耦合器的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述光电耦合器的不足，提出了一种增益可调的光电耦合器，该光电耦合器能够根据输入电信号自动调节增益，提高光电耦合器的输入范围。
为实现上述目的，本发明包括：发光二极管1、接收二极管2、光电检测电路3和逻辑控制电路4；发光二极管1将输入电信号转换为光信号，光信号被接收二极管2接收后输出电流信号给光电检测电路3，光电检测电路3与逻辑控制电路4相连，逻辑控制电路4输出耦合电压Vo；其特征在于：所述光电检测电路3，包括运算放大器31、增益自动控制模块32、阈值产生模块33、迟滞比较器34、施密特触发器35和滤波器36；运算放大器31对接收二极管2接收到的接收电流Iin进行放大，输出放大信号V1给迟滞比较器34的第一输入端；增益自动控制模块32跨接在运算放大器31的输入端和输出端，用于控制光电检测电路3的增益；阈值产生模块33连接到迟滞比较器34的第二输入端；迟滞比较器34输出迟滞信号V3给施密特触发器35；施密特触发器35输出触发信号给滤波器36，滤波器36对触发信号进行滤波，输出检测信号V6给逻辑控制电路4。
作为优选，上述增益自动控制模块32，包括三个电阻R1，R2，R3，电容C1，NPN管Q1以及第一电流源I1，其中：
NPN管Q1的发射极与第二电阻R2的一端相连；NPN管Q1的基极、集电极及第一电阻R1的一端均与第一电流源I1的负端相连，作为增益自动控制模块32的输出端；
第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均与第三电阻R3的一端相连，电容C1跨接于第三电阻R3的另一端与地之间。
作为优选，上述阈值产生模块33，包括NMOS管MN1，四个电阻R4，R5，R6，R7，第二电流源I2，第一多晶硅导线T1和第二多晶硅导线T2，，其中：
NMOS管MN1的栅极、漏极及第四电阻R4的一端均与第二电流源I2的负端相连；其源极接地；
第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端作为阈值产生模块33的输出端；
第一多晶硅导线T1跨接于第四电阻R4的两端，第二多晶硅导线T2跨接于第六电阻R6的两端。
本发明由于采用了增益可调的光电检测电路，可根据输入电信号自动调节光电耦合器的增益，使光电耦合器能的输入范围有了大幅度的提高。
附图说明
图1为现有光电耦合器的结构图；
图2为本发明的结构图；
图3为本发明中增益自动控制模块的电路原理图；
图4为本发明中阈值产生模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及其实施例对本发明作进一步描述。
参照图2，本发明的光电耦合器包括：发光二极管1、接收二极管2、光电检测电路3和逻辑控制电路4；发光二极管1将输入电信号转换为光信号，接收二极管2接收光信号后输出电流信号给光电检测电路3，光电检测电路3与逻辑控制电路4相连，逻辑控制电路4输出耦合电压Vo；
所述光电检测电路3，包括运算放大器31、增益自动控制模块32、阈值产生模块33、迟滞比较器34、施密特触发器35和滤波器36；运算放大器31和阈值产生模块33均与迟滞比较器34相连；迟滞比较器34与施密特触发器35相连；施密特触发器35与滤波器36相连，滤波器36输出检测信号V6给逻辑控制电路4。
发光二极管1将输入电信号转换为一定波长的光信号，经过介质传播，光信号被接收二极管2接收；接收二极管2将接收到的光信号转换为接收电流Iin，传输给运算放大器31；运算放大器31对接收电流Iin进行放大，输出放大信号V1给迟滞比较器34的第一输入端；增益自动控制模块32跨接于运算放大器31的输入端和输出端之间，用于自动控制光电检测电路3的增益；阈值产生模块33产生阈值电压V2给迟滞比较器34的第二输入端，该阈值电压V2的大小可通过外部激光进行调节；迟滞比较器34对放大信号V1和阈值电压V2进行比较，输出迟滞信号V3给施密特触发器35；施密特触发器35对迟滞信号V3进行整形，输出触发信号V4给滤波器36，滤波器36对触发信号V4中的噪声进行滤除后输出检测信号V6给逻辑控制电路4；逻辑控制电路4对检测信号V6进行驱动，输出耦合电压Vo。
参照图3，本发明光电检测电路3中的增益自动控制模块32，包括但不局限于第一电阻R1、第二电子R2、第三电阻R3、电容C1、NPN管Q1和第一电流源I1，其中：
NPN管Q1的发射极和第二电阻R2的一端均与接收电流Iin相连；NPN管Q1的基极与其集电极相连，并与第一电阻R1的一端和第一电流源I1的负端相连，作为增益自动控制模块32的输出端；NPN管Q1可根据接收电流Iin的大小调节流过第一电阻R1和第二电阻R2上的电流，从而调节增益自动控制模块32的增益；
第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均与第三电阻R3的一端相连，电容C1跨接于第三电阻R3的另一端与地之间，电容C1用于滤除接收电流Iin的直流成份。
参照图4，本发明光电检测电路3中的阈值产生模块33，包括但不局限于NMOS管MN1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七四电阻R7、第二电流源I2、第一多晶硅导线T1和第二多晶硅导线T2，其中：
NMOS管MN1的栅极、其漏极以及第四电阻R4的一端均与第二电流源I2的负端相连；NMOS管MN1的源极接地；NMOS管MN1构成二极管连接；
第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端作为阈值产生模块(33)的输出端；第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7串联；
第一多晶硅导线T1跨接于第四电阻R4的两端，第二多晶硅导线T2跨接于第六电阻R6的两端，第一多晶硅导线T1和第二多晶硅导线T2可通过外部激光控制其通断。
本发明的工作原理如下：
如图2所示，发光二极管1将输入电信号转换为光信号，经过介质的传播后被接收二极管2接收；接收二极管2将接收到的光信号转换为接收电流Iin，运算放大器31对接收电流Iin进行放大，输出放大信号V1给迟滞比较器34的第一输入端；增益自动控制模块32跨接于运算放大器31的输入端和输出端之间，相当于运算放大器31的负反馈，可自动控制光电检测电路3的增益；阈值产生模块33产生可通过外部激光进行调节的阈值电压V2给迟滞比较器34的第二输入端；迟滞比较器34对放大信号V1和阈值电压V2进行比较，输出迟滞信号V3给施密特触发器35，迟滞比较器34的正翻转和负翻转电压不相等，可提高光电检测电路2的抗噪性能；迟滞信号V3经过施密特触发器35的整形，输出触发信号V4给滤波器36，滤波器36对触发信号V4中的噪声进行滤除后输出检测信号V6给逻辑控制电路4；逻辑控制电路4对检测信号V6进行驱动，输出耦合电压Vo。
如图3所示，接收电流Iin输入到增益自动控制模块32，设Vbe为NPN管Q1的导通阈值，取值为0.7V。R1、R2为第一电阻R1、第二电阻R2。
当
Figure BDA00002585100300041
时，NPN管Q1截止，增益自动控制模块32的等效阻抗为第一电阻R1和第二电阻R2的阻值之和；
当
Figure BDA00002585100300042
时，NPN管Q1导通，增益自动控制模块32的等效阻抗随着接收电流Iin的增大而减小。
光电检测电路3的增益与增益自动控制模块32的等效阻抗成正比，因此，光电检测电路3的增益可根据接收电流Iin的大小进行自动调节。
如图4所示，第一多晶硅导线T1跨接于第四电阻R4的两端，第二多晶硅导线T2跨接于第六电阻R6的两端。第一多晶硅导线T1和第二多晶硅导线T2可通过外部激光控制其通断，改变阈值产生模块33输出的阈值电压V2，从而控制光电检测电路3的增益。
因此，光电检测电路3的增益可通过增益自动控制模块32和阈值产生模块33进行调节，从而使调节光电耦合器的增益可调，用于提高光电耦合器的输入范围。
以上仅是本发明的一个实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (3)

1.一种增益可调的光电耦合器，包括：发光二极管(1)、接收二极管(2)、光电检测电路(3)和逻辑控制电路(4)；发光二极管(1)将输入电信号转换为光信号，光信号被接收二极管(2)接收后输出电流信号给光电检测电路(3)，光电检测电路(3)与逻辑控制电路(4)相连，逻辑控制电路(4)输出耦合电压Vo；其特征在于：所述光电检测电路(3)，包括运算放大器(31)、增益自动控制模块(32)、阈值产生模块(33)、迟滞比较器(34)、施密特触发器(35)和滤波器(36)；运算放大器(31)对接收二极管(2)接收到的接收电流Iin进行放大，输出放大信号V1给迟滞比较器(34)的第一输入端；增益自动控制模块(32)跨接在运算放大器(31)的输入端和输出端，用于控制光电检测电路(3)的增益；阈值产生模块(33)连接到迟滞比较器(34)的第二输入端；迟滞比较器(34)输出迟滞信号V3给施密特触发器(35)；施密特触发器(35)输出触发信号给滤波器(36)，滤波器(36)对触发信号进行滤波，输出检测信号V6给逻辑控制电路(4)。
2.根据权利要求1所述的光电耦合器，其特征在于增益自动控制模块(32)，包括三个电阻R1，R2，R3，电容C1，NPN管Q1以及第一电流源I1，其中：
NPN管Q1的发射极与第二电阻R2的一端相连；NPN管Q1的基极、集电极及第一电阻R1的一端均与第一电流源I1的负端相连，作为增益自动控制模块(32)的输出端；
第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均与第三电阻R3的一端相连，电容C1跨接于第三电阻R3的另一端与地之间。
3.根据权利要求1所述的光电耦合器，其特征在于阈值产生模块(33)，包括NMOS管MN1，四个电阻R4，R5，R6，R7，第二电流源I2，第一多晶硅导线T1和第二多晶硅导线T2，其中：
NMOS管MN1的栅极、漏极及第四电阻R4的一端均与第二电流源I2的负端相连；NMOS管MN1的源极接地；
第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端作为阈值产生模块(33)的输出端；
第一多晶硅导线T1跨接于第四电阻R4的两端，第二多晶硅导线T2跨接于第六电阻R6的两端。
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