CN103683963A - 采用三绕组高频变压器程控调幅的emccd驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路，它由电压调节电路、电子开关管、三绕组高频变压器、滤波电路、幅值检测电路、数字电位器分压电路、直流偏置电路、光耦隔离反馈电路组成。三绕组高频变压器有一个初级，两个次级，初级输入低压驱动信号，第二次级输出放大的驱动信号，第一次级连接直流偏置电路产生直流偏置电压。通过数字电位器分压电路将输出驱动信号幅值反馈到电压调节电路，使输出电压幅值稳定，同时，调节数字电位器阻值可调整输出驱动信号幅值。本发明提供的EMCCD驱动电路，其输出幅值稳定并可程控调节、电路结构简单、功耗低、调试简便。

Description

采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路
技术领域
本发明属于电子倍增CCD微光成像技术领域，尤其涉及一种采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路。
背景技术
电子倍增CCD(EMCCD)是微光成像的核心器件，它采用了片上电子增益技术，利用片上增益寄存器使图像信息在电子转移过程中得到放大，这使得它在很高的读出速率下仍具有相对很低的读出噪声，实现微弱光源下的成像，甚至是光子计数功能。电子倍增的实现需要高频高压（频率≥10MHz，电压≥35V）的驱动信号。现有的驱动方法主要有以下两种：
第一种是方波驱动方法，把低压方波通过电子开关管变为高压方波驱动信号，信号幅度由高压供电器决定。此方法的缺点在于输出方波幅值不易调节，且方波信号驱动CCD功耗太大，还对CCD的老化影响较大。
第二种是正弦波驱动方法，采用DDS技术产生正弦波，并通过高频高压放大电路实现正弦波的线性放大，输出高频高压的正弦波驱动信号。此方法的缺点在于DDS正弦波码流调整过程复杂，且输出波形对高频高压放大电路要求高，输出电压幅值稳定性不好，整个电路结构复杂，调试难度大。   
发明内容
为了克服现有电子倍增CCD驱动电路的不足，本发明提供一种采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路，其输出幅值稳定并可程控调节、电路结构简单、调试简便。
本发明的技术解决方案：一种采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路，它由电压调节电路、电子开关管、三绕组高频变压器、滤波电路、幅值检测电路、数字电位器分压电路、直流偏置电路和光耦隔离反馈电路组成。其中，所述三绕组高频变压器初级的两端分别与电压调节电路和电子开关管相连，电子开关管与电压调节电路相连，三绕组高频变压器第一次级的两端与直流偏置电路相连，第二次级的两端分别与直流偏置电路和滤波电路相连，滤波电路与幅值检测电路相连并作为驱动信号输出，幅值检测电路、数字电位器分压电路、光耦隔离反馈电路依次相连后与电压调节电路相连形成反馈回路。
本发明与现有技术相比有益效果是：
1、本发明采用三绕组高频变压器实现信号放大与直流偏置电路，并通过光耦实现隔离反馈调节，电路结构简单，功耗低，调试方便，输出幅值易于调整且输出稳定。
2、本发明采用数字电位器对输出驱动信号进行分压反馈调节，可程控调节输出幅值。
3、本发明产生的驱动信号，输出幅值30-50V，频率1-12.5MHz，满足了绝大多数电子倍增CCD的驱动要求，具有很好的通用性和实用性。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
结合图1、图2对本发明的一个具体实施方式做详细说明。
如图1所示，本发明采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路，由电压调节电路1、电子开关管2、三绕组高频变压器3、滤波电路4、幅值检测电路5、数字电位器分压电路6、直流偏置电路7、光耦隔离反馈电路8组成。三绕组高频变压器3初级的两端分别与电压调节电路1和电子开关管2相连，电子开关管2与电压调节电路1相连，三绕组高频变压器3第一次级的两端与直流偏置电路7相连，第二次级的两端分别与直流偏置电路7和滤波电路4相连，滤波电路4与幅值检测电路5相连并作为驱动信号输出，幅值检测电路5、数字电位器分压电路6、光耦隔离反馈电路8依次相连后与电压调节电路1相连形成反馈回路。
如图2所示，电压调节电路1由线性稳压器U1、三个电容C1、C2、C3、电阻R1、二级管D1组成，电子开关管2为金属氧化层半导体场效晶体管Q1，直流偏置电路由二级管D2、电容C4组成，滤波电路4由电阻R3、电容C5组成，幅值检测电路5由二极管D3、电容C6组成，数字电位器分压电路6由两个电阻R4、R5、数字电位器R6、电容C7、三端稳压器U3组成，光耦隔离反馈电路8由光耦U2、电阻R2组成。
电容C1的一端与线性稳压器U1的输入端相连并接电源正极，电容C1的另一端与线性稳压器U1的地端相连并接地，线性稳压器U1的输出端、电容C2的一端、电容C3的一端和电阻R1的一端均与三绕组高频变压器3初级的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R1的另一端和电容C3的另一端均与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极和开关管Q1的漏极均与三绕组高频变压器3初级的另一端相连，开关管Q1的栅极接低压方波信号，开关管Q1的源极接地，三绕组高频变压器3第一次级的一端与二极管D2阳极相连，三绕组高频变压器3第一次级的另一端接地，电容C4的一端、二级管D2的阴极均与三绕组高频变压器3第二次级的一端相连，电容C4的另一端接地，三绕组高频变压器3第二次级的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端、电容C5的一端和二级管D3的阳极相连并作为驱动信号输出，电容C5的另一端接地，二极管D3的阴极、电容C6的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端相连，电容C6的另一端接地，电阻R5的另一端、数字电位器R6的一端和电容C7的一端均与三端稳压器U3的基准端相连，电阻R4的另一端与光耦U2的二极管阳极相连，三端稳压器U3的输入端、电容C7的另一端与光耦U2的二极管阴极相连，三端稳压器U3的地端接地，数字电位器R6的另一端接地，光耦U2的三极管集电极接电源正极，R2的一端、光耦U2的三极管射极与线性稳压器U1的电压调节端相连，电阻R2的另一端接地。
本发明的工作过程如下，电压调节电路1 采用输出电压可调节的线性稳压器U1输出一个合适的直流电压，通过低压方波控制开关管Q1的导通与关断变成脉冲信号输入三绕组高频变压器3的初级，二级管D1和电阻R1提供续流回路。三绕组高频变压器3的第二次级输出放大的交流信号，三绕组高频变压器3的第一次级输出的交流信号通过直流偏置电路7整流滤波产生直流偏置电压，将第一次级输出的放大信号低电位抬高，再经电阻R3和电容C5组成的低通滤波电路后输出EMCCD驱动信号。输出的驱动信号连接到二极管D3和电容C6测出驱动信号的幅值，三端稳压器U3输出恒压加在数字电位器上，光耦U2输出端经电阻R2到地产生反馈电压输入到线性稳压器U1的电压调节端，反馈调节线性稳压器U1输出电压，从而调整输出驱动信号的幅值，使输出驱动信号幅值保持稳定。同时，程控调节数字电位器的电阻值，经光耦反馈到线性稳压器U1能改变其输出电压，从而调整输出驱动信号的幅值。
线性稳压器U1可以选用LT公司的LT1129型号的产品，电子开关管Q1可以选用ZETEX公司的ZVN4525E6型号的产品，三端稳压器U3可以选用TI公司的TLV431型号的产品，数字电位器R6可以选用美信公司的MAX5423型号的产品，但均不限于此。

Claims (2)

1.一种采用三绕组高频变压器程控调幅的EMCCD驱动电路，其特征在于，它由电压调节电路（1）、电子开关管（2）、三绕组高频变压器（3）、滤波电路（4）、幅值检测电路（5）、数字电位器分压电路（6）、直流偏置电路（7）和光耦隔离反馈电路（8）等组成；其中，所述三绕组高频变压器（3）初级的两端分别与电压调节电路（1）和电子开关管（2）相连，电子开关管（2）与电压调节电路（1）相连，三绕组高频变压器（3）第一次级的两端与直流偏置电路（7）相连，第二次级的两端分别与直流偏置电路（7）和滤波电路（4）相连，滤波电路（4）与幅值检测电路（5）相连并作为驱动信号输出，幅值检测电路（5）、数字电位器分压电路（6）、光耦隔离反馈电路（8）依次相连后与电压调节电路（1）相连形成反馈回路。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电压调节电路1由线性稳压器U1、三个电容C1、C2、C3、电阻R1、二级管D1等组成，电子开关管（2）为金属氧化层半导体场效晶体管Q1，直流偏置电路由二级管D2、电容C4组成，滤波电路（4）由电阻R3、电容C5组成，幅值检测电路（5）由二极管D3、电容C6组成，数字电位器分压电路（6）由两个电阻R4、R5、数字电位器R6、电容C7、三端稳压器U3组成，光耦隔离反馈电路（8）由光耦U2、电阻R2组成；其中，所述电容C1的一端与线性稳压器U1的输入端相连并接电源正极，电容C1的另一端与线性稳压器U1的地端相连并接地，线性稳压器U1的输出端、电容C2的一端、电容C3的一端和电阻R1的一端均与三绕组高频变压器3初级的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R1的另一端和电容C3的另一端均与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极和开关管Q1的漏极均与三绕组高频变压器3初级的另一端相连，开关管Q1的栅极接低压方波信号，开关管Q1的源极接地，三绕组高频变压器3第一次级的一端与二极管D2阳极相连，三绕组高频变压器3第一次级的另一端接地，电容C4的一端、二级管D2的阴极均与三绕组高频变压器3第二次级的一端相连，电容C4的另一端接地，三绕组高频变压器3第二次级的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端、电容C5的一端和二级管D3的阳极相连并作为驱动信号输出，电容C5的另一端接地，二极管D3的阴极、电容C6的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端相连，电容C6的另一端接地，电阻R5的另一端、数字电位器R6的一端和电容C7的一端均与三端稳压器U3的基准端相连，电阻R4的另一端与光耦U2的二极管阳极相连，三端稳压器U3的输入端、电容C7的另一端与光耦U2的二极管阴极相连，三端稳压器U3的地端接地，数字电位器R6的另一端接地，光耦U2的三极管集电极接电源正极，R2的一端、光耦U2的三极管射极与线性稳压器U1的电压调节端相连，电阻R2的另一端接地。
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