TW385598B - Light receiving amplifying device - Google Patents

Description

B7 五、發明説明（1 ) 發明的領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明爲關於紅外線訊號收訊機等使用之受光放大裝 置，尤其爲有關使用於光空間傳送元佚IrDAl.O及IrDAl.l 之受光放大裝置。 發明的背景 目前使用紅外線的數據通訊有使用在家電製品之最普 遍的遙控及使用在個人電腦機器周邊之具統一規格的光空 間傳送元件IrDAl.O及IrDAl.l等。 遙控爲傳送率（rate)約在lkbps之單方向通訊，並具傳 送距離較長（10m以上）的特徵。一方面關於光空間傳送元 件IrDAl.O，及IrDAl.l則傳送距離較短（約lm)，但§傳送 率爲9.6kbps〜4Mbps之多量的數據傳送爲以》方向通訊實 行I管徵。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 今後爲達成傳送率之提高的元件之高速化荩電路之高 精度化，必需實現爲延伸傳送距離之元件的高感度化，特 性提升，動作電源電壓範圍的擴大，及製品組件之小型化 等。，爲解決上述之元件的高速高感度化，：電路之高精度化 等所帶來的問題有需要新的技術手法，然於&雜述關於紅 外線收訊機的受光放大裝置部之直流電流除去方法與S/N 比的提高。 紅外線數據通訊雖然普遍，但高速化及由於長距離傳 送之高感度化仍成問題。第7圖表示習用之紅外線數據通 訊用收訊機^勞光放大部的電路例。此爲美國專利第 5600128號公報（登錄日：1 997年2月4日）記載之「對於光 璺诵訊系統之具有可變輸入電阻的紅外線收訊機I的主要 39996 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規将（210x297公垃 157 157 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（2 ) 電路圖。 第7圖中，受光元件100的陰極爲連接於電源Vcc，於 陽極與GND之間連接負荷電阻RA。與該負荷電阻RA爲並 聯的連接低頻電流旁通電路103 »該低頻電流旁通電路103 由二極體DA與電阻RB串聯的電路及二極體08與二極體Dc 串聯的電路並聯而成，低頻電流旁通電路103與放大器105 爲介由電容器104連接。 以下說明該電路的動作。首先說明其定性狀態，於不 存在光訊號的直流成分而只存在交流訊號時，入射光訊號 P由受光元件100變換爲光訊號電流，變換成的光訊號電 流I由負荷電阻1^變換爲電壓而於A-B間產生檢出電壓 VB。檢出電壓VB經由電容器104輸入於放大器105，實行 放大處理。於此先行例如假設放大器105之輸入阻抗爲充 份的高，則放大器105之輸入訊號Vin直接成爲檢出電壓 VB的交流成分。 其次於光訊號電流的直流成分增加卜檢出電壓乂8的 直流電壓上升而達到某電壓値VI時，二極體〇4開始動作 (導通），電阻RB亦開始流通電流。由於此使A— B間的合 成電阻減小，檢出電壓VB的增加率變小，經由電容器104 輸入於放大器105的訊號變小，放大之訊號的振幅亦變小。 再於光訊號電流的直流成分增加而達到某電壓値V2 時，二極體DB與二極體Dc開始作，A-B間之合成電阻大 致爲僅由兩二極體DB& Dc的導通電阻決定。如上述由於 A-B間的合成電阻減小，使得檢出電壓VB的增加率更加 減小，大約於電壓値V2成爲恆定，經由電容器104輸入 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规彳Μ 210X 297公# 39996 (請先閲讀背面之注意事項再填疼本頁) -------Γ :1 裝. 、1Τ A7 H7 經濟部中央標隼局負工消费合作社印裝 五、發明説明（3 ) 於放大器105的訊號亦減小，放大的訊號之振幅亦減小。 第8圖爲表7^上述狀態的圖表。如第8圖所示，於此 習用例中，結果爲使負荷電阻（A-B間的合成電阻）階段性 的降下，確保對於直流電流的動作範圍而對應於光訊號電 流之直流成分的增加。第8圖中，VT表示能動作的最小 電壓。 其次參照第8圖用數式說明上述檢出電壓與上述光訊 號電流之關係之於各狀態的變化點之電流與電壓。第8圖 之檢出電壓VI爲二極體Da開始動作（導通）時的電壓，以 二極體Da的上升電壓VBE表示而約爲0.7V。檢出電壓V2 爲二極體DB與二極體Dc雙方開始動作（導通）時的電壓， 以二極體DB與二極體Dc之上升電壓和，即（VBE + VBE)表示， 大約爲1.4V。 當於A-B間產生VI的檢出電壓時，光訊號電流Π爲·· II ^ 0-7V/Ra …（10) 又於第8圖中，光訊號電流爲π至π之間，負荷電 阻RA與電阻RB雙方均流通電流，因此12可由下式表示。 12^11 + 0.7V/(RAXRB/(RA + RB)) …（11) 然而於習用例的收訊機電路，如將負荷電阻設定於較 大的電阻値，則由於受光元件之內部容量Cpd之積的時常 缈便魯_容性變壞，以致發生不能追隨訊號速度的現象。 因此有必要將負荷電阻RA設定於某程度之較小的電阻。 然而如設定負荷電阻RA之値過小，則發生不能減小由負 荷電阻RA構成之熱雜音電流的問題，因此必需將負荷電 阻RA設定於適當之値。例如以目前之紅外線通訊規格之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規枋（210；X 297公筇） 39996 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) U IV - *1 - I i I I- τ^衣· 、1Τ

-❿L 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 Λ7 Β7 五、發明説明（4 )

IrD A 1.1爲例言之，則爲滿足光感度及應答速度，大致需 要滿足以下的條件。

Cpd = 25[Pf] fc = 6[MHz] fc的條件：3DB波帶幅 爲滿足上述應答速度所必要之負荷電阻RA的條件可 由下式（12)表示。

Ra<1/(2 π · fc · Cpd)= 1.06[ΚΩ ] …（12) 因而在上述狀態不能將負荷電阻RA之値設定在1ΚΩ 以上的電阻値。一方面爲通訊之長距離化的高感度化則有 必要達成受光放大裝置的低雜訊化，而爲達成低雜訊化則 有必要將該負荷電阻RA之値盡可能設定較大。其理由爲 受光放大裝置之輸入換算雜音之中由負荷電阻R的熱雜音 電流Inr爲由下式表示。

Inr = (4KT/R)1/2[A/Hz1/2] …（13) 上式中，K:波茲曼（8〇1121^1111)常數（1.38/10·23) T :絕對溫度[K] R :負荷電阻値 因此於負荷電阻値爲1]ςΩ而於室溫時的Inr爲，

Inr = (4 X (1.38 X ΙΟ 23) X 300/ 1000) ^ 4.07[ρΑ/Ηζ1ί2] 而於上述的例則不能將雜訊抑制於上述之値以下。第9圖 表示式（13)表示之熱雜音電流ln r與負荷電阻値R的關係。 然而 目 前所要求的雜音位準爲 1ίρΑ/Ηζ1/21- 2[ρΑ/Ηζ1/21 >因此有必要改善電路。爲解決上 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規枋（210X 297^ 39996 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 訂 A7 B7 經濟部中央標準局負工消f合作社印製 五、發明説明（5 ) 述的問題，一般使用的方法有由降低放大器例的輸入阻抗 而爲變換阻抗放大器.由而設定受光元件之負荷電阻Ra 爲較大之値的方法。然而如將負荷電阻Ra設定較大則引 起對於直流光電流之動作範圍變小的問題，而確保該直流 光電流之動作範圍則成爲紅外線收訊機之最大的課題。 【發明的綜合說明1 _本發明以提供能增大負荷電阻並能擴大對於低頻率成 分之輸入訊號的動作範圍之受光放大裝置爲目的。 爲述成上述目的，本發明的受光大裝置具備：（1)輸出 相應於受光量而變化之光訊號電流的受光元件，（2)串聯連 接於上述受光元件以產生相應於上述光訊號電流而變化之 檢出電壓的負荷電阻，（3)並聯連接於上述負荷電阻而相應 於上述檢出電壓的頻率變化其輸入阻抗，供其於低頻帶時 上述檢出電壓不致於飽和的低頻電流旁通電路，（4)用以變 換上述檢出電壓之阻抗的變換阻阬放大電器，以及（5)用於 耦合上述低頻電流旁通電路與上述變換阻阬放大電路的電 容器。 依上述的構成，由受光元件的光訊號電流爲流於負荷 電阻，於此產生相應於受光量而變化的檢出電壓。該檢出 電壓爲輸送至低頻電流旁通電路 低頻電流旁通電路對於 低頻帶域的檢出電壓爲不使該檢出電壓飽和的處理。依上 述處理的檢出電壓爲經由電容器送至變換阻抗放大電路， 於此將其阻抗變換後予以輸出f。相對的對於高頻帶域的檢 出電壓，則上述低頻電流旁通電路爲顯示高輸入阻抗，此 時之檢出雷壓爲不經由低頻電流旁通電路’而經由雷容器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X297^^ ) 5 39996 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • nn —J' .^1 HI —HI—

-1T ---馨 k--I----------- 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 Λ7 H7 五、發明説明（6 ) 送至變換阻阬放大電路，於此變換其阻抗後將輸出。 如上所述，由於設置變換阻抗放大電路而可將負荷電 阻之電阻値比較習用的lkQ程度設定於相當大之値j並且 由於更爲設置低頻電流旁通電路，於光訊號電流之直流成 分較大時，其檢出電壓仍可不飽和的增加，亦即增大負荷 電阻亦可擴大對於直流光電流的動作範圍.，由而能確保直 流光電流的動作範圍。 本發生明的其他目的、特徵、及優點可由以下的說明 十分明瞭。又本發明的利益可由以下參照附圖的說明而明 白。 , Γ圖面的簡蚩說明1 第1圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置的等 價電路。 第2圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置之低 頻電流旁通電路之原理的方.塊圖。_ 第3圖（a)(b)表示本發明之實施形態的受光放大裝置 之低頻電流旁通電路的具體電路例.，第3圖（a)表示低通瀘 / 波器電路由分割電阻1與電容器（^的串聯電路構成，變 換阻抗放大器爲由NPN電晶體QN1與分割電阻R2的構成 例 第3圖（b)表示以MOS電晶體MNl代替第3圖（a)之電 晶體QN1構成之例。 第4圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置之低 頻電流旁通電路的具體電路例，其低通濾波電路爲由分割 電阻1與電容器（^的串聯電路構戍’變換阻抗放大器爲 由NPN電晶體，與分割電阻R,與_二極體_及電阻構成..之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )/\4规枋（210X297公糝 39996 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 7 39996 A7 _____ B7 五、發明説明（7 ) 例。 第5圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置之低 頻電流旁通電路的具體電路例，其低通濾波電路爲由分割 電阻1與電容器（^的串聯電路構成，變換阻抗放大器爲 由NPN電晶體QN1與分割電阻R2，NPN電晶體QN2及電阻 所構成的電路例。 第6圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置之用 以說明第4圖之低頻電流旁通電路之直流動作的圖表。 第7圖表示潛用例之紅外線.數據通訊用受光放大部的 電路例。 第8圖表示習用例之紅外線通訊用收訊機之受光放大 部之說明直流電流之動作的圖表。 第9圖表示式（13)所示熱雜音電流Inr與負荷電阻値 R之關係圖" ，/ [實施形熊的說明1 第1圖至第6圖表示本發明之一實施形態，以下參照 圖面做說明。第1圖表示本發明之一實施形態的受光放大 裝置的等效電路。 第1圖，輸出相應於受光量變化之電氣訊號（光訊號 電流）的受光元件10之陰極爲連接電源vcc，陽極爲經由 負荷電阻PU連接於接地（GND)。與該負荷電阻Rt並聯的 爲連接低頻電流旁通電路12(容後述）。由上_受光元件10 與上述負荷電阻1的連接點S爲經由電容器（：2連接於變 換阻抗放大電路（反轉放大電路）13。 上述變換阻抗放大電路（反轉放大電路）13爲用於變換 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2Ι0Χ297々>^ ) ]I-------^Ί裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填筠本頁) B7 五、發明説明（8 ) 上述受光元件10之輸出阻抗而設，演算放大器19之反轉 輸入端子與輸出端子爲介由等效變換阻抗Rf互相連接， 又非反轉輸入端子則連接於接地。 以下說明該電路的動作。於安性的狀態·在不存在直 流光訊號而只存在有交流光訊號時，入射光P由受光元件 10相應於受光量變換之光訊號電流IPD，該光訊號電流IPD 於負荷電阻1變換爲檢出電壓VaV檢出電壓乂4經由電容 器C2成爲光電流IC2輸入至變換阻抗放大電路（反轉放大 電路）1 3。 變換阻抗放大電路（反轉放大電路）13比較負荷電阻R2 及電容器C2等構成的阻抗具有甚低的輸入阻抗。因此光 電流1^的交流訊號成分爲經由電容器（：2流入變換阻抗放 大電路（反轉放大電路）13 由等價變換電阻Rf在變換阻抗 放大電路（反轉放大電路）13的輸出產生電壓。於此爲簡化 設電容器（：2構成之阻抗値比較於所處理頻率成分之負荷 電阻Ri_構成的阻抗爲充分的低。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明在原理上將柃出電M VA的交流成分經电電容 器C,供給變換阻抗放大電路ί反轉放大電路），因此可將負 荷電阻Rl之値實質的燴大，由此可減低由負荷電阻之 大小構成的熱雜音電流》 然而如只增大負荷電阻RL，則對於光訊號電流IPD之 直流成分的動作範圍將減小。於此本發明爲由對於上述負 荷電阻RL並聯設置用以旁通（bypass)光訊號電流IPD中之 低頻成分的低頻電流旁通電路1 2而解決上述問題。 以下參照第2圖說明上述低頻電流旁通電路12的構 39996 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公资） A7 ____ ΒΊ 五、發明説明（9 ) 成及對於光訊號電流IPD之直流成分之該低頻電流旁通電 路1 2的動作原理。 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 亦即，上述低頻電流旁通電路12爲如第2圖所示由 低通濾波電路 1 6與跨導（t r a n s c ο n d u c t a n c e)放大器1 7構 成，上述檢出電壓VA做爲輸入電壓V in輸入於上述低通 濾波電路16。低通濾波電路16之輸出電壓Vx爲輸至上 述變換阻抗放大器17的反轉輸入端子。上述變換阻抗放 大器17的非反轉輸入端子爲介由電源連接於接地。 設第1圖中之變換阻抗放大電路（反轉放大電路）13(演 算放大器19)之输出電壓爲VB，則 VB = -RfXIC2 因而上述連接點S之檢出電壓VA爲比例於經由電容器c2 流入上述變換阻抗放大電路（反轉放大電路）13之電流IC2， 而-Rf倍的電壓出現爲VB〇與其同時在電流IC2以外，於 上述連接點S亦發生以上述負荷電阻Rt爲起因的熱雜音 電流，該熱雜音電流亦同樣被放大-Rf倍而由上述變換阻 抗放大電路（反轉放大電路）13輸出。因此依上述連接點S 發生之熱雜音電流的大小決定系統全體的雜音。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印" 負荷電阻Rt之値與由該負荷電阻Rt爲起因的熱雜音 電流Inr之關係爲由前式（13)決定，結果爲如第9圖所示， 熱雜音電流Inr爲反比例於負荷電阻Rl的平方根，負荷電 阻之値越大越可減小熱雑音電流Inr。 具體言之，於習用例之前述負荷電阻RA之値爲lk Ω 時，熱雜音電流Inr約爲4[ρΑ/Ηζ1/21。一方面依本發明則 — —. *-· · τ .. 可將負荷電阻Ri之値設定於lOOkQ程度，因而由前式（13) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /ΰ規枯(210X297^^ ) 9 39996 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 H7 五、發明説明（10 ) 其熱雜音電流Inr大約爲〇.4[pA/Hz1/2]，可將熱雜音電流 減小到習用例的十分之一以下。 以下參照第2圖所示的方塊圖及數式說明低頻電流旁 通電路12的動作原理。 低通瀘波電路16之輸出電壓Vx爲如第2圖所示供給 至變換阻抗放大器17的反轉輸入端子，再則該變換阻抗 放大器17的輸出與低通濾波電路16之輸入爲互相連接， 由低通濾波電路16之輸入所見的阻抗Zin於低頻帶域成 爲低阻抗的構成。該輸入阻抗Zin的頻率特性由第2圖而 可用其次之兩式（14)及（15)表示。

Vx = VinXG/(l + s τ ) …（14)

Iin = VxXgm …（15) 上式中，G:低通濾波電路16的放大係數 S-:拉普拉斯（Laplace)演算子（S=j<y，ω :角頻 率） r :低通濾波電路16的時常數

Vx:跨導放大器17的輸入電壓 gm:跨導放大器17的電導（conductance) 由式（14)(15)求得輸入阻抗Zin爲，

Zin = Vin/Iin = (l + s r )/(G X gm) …（16) 於此設G=1，則 i

Zin = (l + s τ >/gm …（17) 由式（17>可知上述低頻電流旁通電路12於低頻帶域爲 接近於電導gm之倒數的輸入阻抗。對於直流則具有gm之 倒數的輸入阻抗。反之，隨著角頻率ω的增高，輸入阻抗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 将(210X297公、） 10 399% (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 7 Η 7 五、發明説明（11 )

Zln爲大約比例於角頻率（亦即輸入訊號的頻率）增大而成 爲尚輸入阻抗。亦即上述低頻電流旁通電路12對於包含 直流的低頻帶域的輸入訊號顯示低阻抗，一方面對於頻率 高的輸入訊號則顯示高輸入阻抗。 第3圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置的低 頻電流旁通電路12的具體電路構成例，第3圖（a)爲對應 於第1圖的說明，第3圖（b)爲以MOS電晶體MN1代替電 晶體QN1及分割電阻R2。 第3圖（a)中，低通濾波電路16爲由分割電阻I與電 容器Q串聯連接的電路，因此於式（17)所設明的低通濾波 電路16之時常數r爲（RiXCJ。又跨導放木器17爲由NPN 電晶體QN1與分割電阻R2構成，電導gm% l/R2。因此式（17) 之輸入阻抗Zin爲， ,

Zin = (l + sR1C1) X R2 …（18) 由而第3圖（a)之低通濾波電路16對於直流的輸入訊號具 有爲R2之輸入阻抗Zin。一方面隨著輸入訊號的頻率之增 高，依之係數其輸入阻抗Zin上升，使得電流大致不 流入。 其次光訊號電流IPD之直流成分增加而檢出電壓VA的 直流電壓上升，達到某一電壓値VI時，電晶體QN1開始 動作（導通），分割電阻1^及R2亦開始流通電流。由於此 使該部分的電阻成分減小（因電晶體Qn!與分割電阻R2串 聯連接電路兩端的合成電阻減小），檢出電壓Va的變化減 小。 發明之低頻電流旁通電路1 2爲與習用例不同，因 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. •1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4见格（21〇><297公筇） 11 39996 A7 A7 ί: 經 濟 部 中 標 隼 貝 X. 消 費 合 社 印 製 B7 五、發明説明（12 ) 爲由分割電阻I與電容器Ci形成低通德泞雪路^6，因此 對於低頻帶域的電流（輸入訊號電晶體QN1將動作。相對的 對於高頻率，即所需收訊的高頻率（例如爲數百kHz以上 的頻率）之光訊號電流IPD則由分割電阻1^與電容器（^形 成的低通濾波電路16的作用使得對於電晶體QN1之低極 的輸入訓號的振幅衰減，以致該電晶體QN1不動作。因此 對於高頻帶域的輸入訊號時，將作用爲等於無該電路時之 等效的動作。 ... 第3圖（b)中，跨導放大器17爲由MOS電晶體MN1構 成，電導gm成爲MOS電晶體MN1之電導gmmnl »因此式 (17)之輸入阻抗Zin爲，

Zin = (l + sR1C1)/gmmnl …（19) 於此之電路動作與第3圖（a)爲相同而將其省略。 第4圖表示本發明之另一受光放大裝置的電路構成 例，並爲表示低頻電流旁通電路12之另一具體構成例。 本實施形態對於第3圖（a)所說明的跨帶放大器17之分割 電阻R2並聯連接以箝位用二極體Di與電阻R3串聯連接的 電路。本電路例爲使得低頻電流旁通電路12的跨導放大 器17的電導爲應於檢出電壓VA的直流電壓做階段性的變 化者。 第4圖中，跨導放大器17表示對分割電阻R2並聯連 接箝位用二極體D,與電阻R3串聯連接電路爲例，但本發 明不限定於此，而將箝位用二極體與電阻串聯連接的電路 爲複數個並聯連接的構成亦可。此時將應於二極體之串聯 連接的個數決定箝位電壓，因此於增加並聯連接的電路二 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X2W公泠） 12 39996 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（D ) &將二極體的個數連同直接串聯之各電阻値應於需要予以 設定即可。再則可應於需要將丨個~複數個之二極體串聯/ 並聯連接當自不待言。 於第4圖當光訊號電流IPD的直流成分增加而檢出電 壓的直流電壓上升時，分割電阻r2兩端的電壓上升， 然後二極體Dl開始導通。隨著電阻r3流通電流，低頻電 流旁通電路12之跨導放大器17的交流電導gm爲由分割 電阻與電阻R3並聯時之合成電阻決定。亦即電導gm 爲， gm = R2 X R3/(R2 + R3) …（20) 第5圖表示本發明之一實施形態的受光放大裝置之低 頻電流旁通電路之另一具體電路例，即爲以NPN電晶體Qn2 及電阻R3代替第4阐所說明之箝位用二極體Di與電阻R3 的串聯電路。對於NPN電晶體QN2爲將其收極連接於電晶 體QN1的收極，底極爲連接於電晶體QN1的射極，而射極 爲經由電阻R3連接於接地》由上述構成可減低電晶體QN1 之底極電流誤差。 以下說明由第5圖的構成能減低電晶體QN1之底極電 流誤差的理由<· 以第4圖的構成設電晶體QN1的底極電流爲IBI，分割 電阻R2流通的電流爲12，流通於電阻R3的電流爲13，電 晶體QN1之收極電流爲IC1，電晶體QN1之電流放大率爲hfe， 則由 Ic丨与 12 + 13，及 IB1=Icl/hfe’ IB i 与（I2 + I3)/hfe …（a) 相對的於第 5圖的構成設雷晶體〇M,的底極電流爲 本紙張尺度適用中國國家標準（匸奶）八4规格（210父297公#) ^^—1 m· tm t^l^i · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .-------{丫裝-

、1T Α7 Β7 五、發明説明（14 ) hi ’電晶體QN2之底極電流爲IB2，流於分割電阻R2的電 流爲12,流於電阻R3的電流爲13,電晶體QN1之收極電流 爲IC1，電晶體QN1的電流放大率爲hfe，則由IC14I2 + IB2 , lBi = Ici/hfe 4(l2 + lB2HhflJ=(l2+(I3/llfc))/llfe …⑻ 由比較上述式（a)及（b)可明瞭，依第5圖的構成，式（a) 之13於式（b)中成爲（I3/hfe)，爲減小（l/hfE)倍。亦即依第5 圖的構成比較第4圖則其電晶體QN1的底極電流誤差可減 低相當於其份的量。上述電流放大率hf(5大約爲100至200 程度。 第6圖爲說明第4圖之低頻電流旁通電路12之直流 動作的圖表。於第8圖的習用例中，光訊號電流在12以上 的高電流領域其檢出電壓VB爲飽和 相對的於第6圖在 光訊號電流達到12以上的高電流領域其檢出電壓VA不致 飽和，仍爲相應於直流光電流的增加而緩慢增加，因而增 大負荷電阻1^亦可擴大對於直流光訊號電流的動作範圍， 於紅外線收訊機可確保直流光訊號電流的動作範圍。 其次用數式說明於各狀態之變化點的電流與電壓。第 6圖中，當光訊號電流的直流成分增加至檢出電壓VA達到 Vi時，第4圖之NPN電晶體QN1開始動作（導通）。該電壓 値Vi爲對應於底極一射極間的電壓VBE，約爲0.7V，此時 之直流光電流（光電流的直流成分）爲h。

其次光訊號電流之直流成分再增加，檢出電壓¥^^達 到電壓値V，時，二極體D,開始動作（導通），該電壓値V 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X297公# ) mV nn km —^n m 士^- .^1 .(务 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 39996 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 kl " _______ . B7 五、發明説明（15 ) 一 爲NPN電晶體QN1的上升電壓與二極體Dl的上升電壓之 和。以數式說明則込爲

Ij = 0.7V/Rl …（21) 又於h至12之間，RL與Ri兩方均流通電流，因此l2 爲， h^Ii + O.^V/iRaXRi/d + Ri)) …（22) 如上述由於將本發明之低頻電流旁通電路12之跨導 放大器17的部分如本發明之實施例的構成，能確保與習 用例用樣的對直流電流的動作範圍，同時於12以上的高電 流領域之檢出電壓VA的變化亦不能飽和，仍爲應於直流 光電流的增加從容增加的動作。 例如由使用第3圖（a)或第3圖（b)所示本發明之一實 施形態的受光放大裝置之電路構成，其受光元件之負荷電 阻Ri_可設定於比較在習用例的電路爲甚大之値。例如設 定於100k Ω程度之値時，其電路仍能維持應答速度而動 作。如依前述式（13)計算將負荷電阻設定爲100k Ω之電阻 値的熱雜音Inr，貝[|

Inr = (4X(1.38xi0'23)X 300/1000001/2 = 0.407[pA/Hz1/2] 亦即與習用例比較可達成低雜訊化。 如上所述，本發明之受光放大裝置爲以具有受光元件 及對其光訊號電流實施放大處挫的電路之受光放大裝置， 其用以放大光訊號電流的電路爲含有低頻電流旁通電路及 " ... ..'· . ' - · 變換阻抗放大電路（反轉放大m路），受光元件爲與負荷電 阻串聯連接，由負荷電阻變換爲電壓的光訊號電流爲輸入 i 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规枋（210X297公^ ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • 1 -裝-

、1T -©- 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 kl ' _______B7 五、發明説明（16 ) 於低頻電流旁通電路，其輸出電壓爲經由電容器連接至變 丨換阻抗放大電路（反轉放大電路）所構成。 因此依上述的受光放大裝置可使用高電阻値的負荷電 阻（RL)，其結果能減低熱雜音電流，實現受光放大裝置部 之低雜訊化，同時可擴大對於光訊號電流（IPD)之直流成分 的動作範圍。 又於上述受光放大裝置，前述低頻電流旁通電路爲含 有低通濾波電路及跨導放大器，前述低頻電流旁通電路將 該低通濾波電路之輸出連接於該跨導放大器之反轉輸入， 該跨導放大器之輸出爲連接該低通濾波器之輸入所構成， 該低通濾波器之輸入阻抗於低頻帶域最好成爲低阻抗的構 成。 因此依上述的受光放大器，可由簡單的電路構成低頻 電流旁通電路，而得到相應於充分之光訊號電流（IPD)之直 流成分之充分的動作範圍t 前述低通濾波電路爲由電阻與電容器構成的RC低通 濾波電路形成，而前述跨導放大器最好爲由1個以上之雙 極電晶體與電阻構成。 因此依上述受光放大裝置，可由簡單的電路構成低頻 電流旁通電路而得到相應於充分之光訊號電流（IPD)之直流 成分之充分的動作範圍。 前述低通濾波電路爲由電阻與電容器構成的RC低通 濾波電路形成，而前述跨導放大器最好爲由MOS電晶體 構成。 因此依上沭勞光放大装置，可由使用 MOS電晶體之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规掊（210X297公妨） (請先閲讀背面之注意事項再填疼本頁) .裝. 訂 #. 39996 16 A7 B7 五、發明説明（17 ) 胃單電路構成低頻電流旁通電路而得到相應於充分之光訊 號電流（IPD)之直流成分之充分的動作範圍。 前述跨導放大器最好爲由複數個之二極體或電晶體組 合構成。 因此依上述受光放大裝置，可由簡單的電路構成低頻 電流旁通電路而擴大跨導放大器本身的動作範圍，及擴大 低頻電流旁通電路之動作範圍。又依本發明可由比較簡單 的電路構成受光放大裝置，除電路構成的簡化之外，幾乎 不需增加成本或增大裝置尺寸。 以上於發明的詳細說明所述具體的實施態樣及實施例 僅爲明瞭本發明的技術內齊，但本發明並不受上述具體例 所限定狹義的說明，本發明可在本發明的精神與其次記述 之申請專利各項範圍內做種種的變更而實施。 『符號的說明1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 、-° 經濟部中央標準局買工消费合作社印製 10 受 光 元 件 11 負 荷 電 阻 Rl 12 低 頻 電 流 旁通 電路 13 反 轉 放 大 電路 (變換 阻抗放大電路） 14 電 容 器 C 2 15 入 射 光 訊 號P 16 低 通 濾 波 電路 17 跨 導 放 大 器 18 等 價 磁 愛 換 阻抗 電阻 Rf 20 分 割 電 阻 Ri 21 電 容 器 C, 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规枯（210X297公玢） 39996 17 五、 A7 li7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 發明説明（18 ) 22 NPN電晶體qn1 分割電阻r2 二極體D t MOS電晶體 電阻R3 NPN電晶體Qn2 低通濾波器的放大係數 二極體 接地 輸入於反轉放大電路13的光電流 等價變換阻抗 電阻 跨導放大電路的輸入電壓（二極體24開始 動作的電壓） 直流電壓上升時的檢出電壓 電源 由低通濾波電路之輸入所見的阻抗 跨導放大電路的電導 拉普拉斯演算子 23 24 24 25 26 G Di GND I C 2 Rf Viv. V c c Zin gm s 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4ML格（210X 297公玢 18 39996 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

'/y - . > im ml —^ϋ *nl n^i 一OJI 、4Λ^I. 感---

Claims (1)

1. A、申請專利範圍 1. 一種受光放大裝置，具備； 輸出相應於受光量而變化之光訊號電流的受光 元件； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 串聯連接於上述受光元件以i生相應於上述光 訊號電流而變化之檢出讀壓的負荷電阻； 並聯連接於上述負荷電阻f相應於上述檢出電 論的頻率鼕化其輸入姐抗，使其於低頻帶域時上述 檢出電壓不致鉋珀的低頻電流旁通電路； 用以變換上述檢出電壓之阻抗的變換阻抗取大 電路；以及 用於耦合上述低頻電流旁通電獬與上述變換缸抗 放大電路的電容器》 2. 如由恵利節園第1項之受光放大裝置，其中： 上述低頻電流旁通電路爲包含低通滹波電路及 真有電導的跨導放大器》 3. 如申請專利範圍第2項之受米放大裝置，其中： 上述低逋滹波電路爲上述跨導放大器並聯連接； 以及 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ±述跨導放大器爲應於上述檢出電壓而階段性的 變化上述電導。 4. 如申請專利範圍第2項之受光放大裝置，其中： 上述低通瀘波電路爲與上述跨導取大器並聯連 接； 上述低通濾波電路爲由第1電阻及電容器串聯連 接所構成： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) 19 39996 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 上述跨導放大器爲由第1雙極電晶體及第2電阻 串聯連接所構成；以及 上述第1電阻與上述電容器之連接點爲連接於上 述雙極電晶體之底極。 5.如申請專利範圍第2項之受先放大奘置，其中： 上述低通濾波電路爲與上雄跨導放大器並聯連 接； 上述低通濾波電路爲由第1電阻與電蓉器串聯連 接所楱成； .上述跨導放大器爲由MOS電晶體所構成；以芨 上述第1電阻與上述電容器的連接點馬連接於上 述MOS電晶體的閘極。 -6.如申請專利皡圍第4項之受光放大裝p，其中： 上述跨導放大器之上述第2電阻爲並聯連接第1二 極體與第3電阻爲串聯連接的電路。 7. 如申請專利範圍第6項之受光放大裝置，其中 上雖跨導放大器之上述第2電姐更爲並聯連接複 數之二極體與第4電阻爲串聯連接的電路。 8. 如申請專利範圍第4項之受光放大裝置，其中： 上述跨導放大器之上述第2電阻爲並聯連接第2 雙極電晶體與第3電阻爲串聯連接的電路。 9. 如申請專利範圍第8項之受光放大裝置，其中： 上述跨導放大器之上述第2電阻更爲並聯連接複 數之雙極電晶體與第4電阻爲串聯連接的電路。 10. 如申請專利範圍第4項之受光放大裝置，其中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格(210 X 297公釐） 20 39996 入請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 上述變換阻抗放大電路具有反轉輸入端子，非反 轉輸入端子及輸出端子，上述非反轉輸入端子爲連接 於接埤 < 上述反轉輸入端子舆上述輸出端子爲經由電 阻而連接。 11. —種受光放大裝置，爲具有受光元件及對其光訊號電 流實施放入處理之電路的受光放大裝置，而以 上述放大光訊號電流的電路含有低頻電流旁通電 路及變換狙抗放大電路， 上述受光元件爲與負荷電阻串聯連接，由該負荷 電阻變換爲霉壓昀光訊號電流爲輸入於上述低輯電流 秦通電路，其中輸出電塵爲經由電容器連接於上述變 择阻抗放大電路。 1 2.如申講專利範園第11項之查光放大裝置，其中： 前玛低頻雩流旁通零路含有低逋濾波電路及跨導 放大器； 前述低頻電流旁通電路爲由該低辑濾波亨路之輸 出連接該跨導放大器之反轉輸入，該跨導放大器之輸 出與該低通濾波電路之輸入連接所構成，而該低通濾 波電路之輸入阻抗於低頻帶領蟑使其成爲低阻抗者》 13. 如申請專利範圍第12項之矣光放大裝置，其中： 前述低翹濾波電路爲由電阻與電容器構成的RC低 通濾波電路形成； 前述跨導放大器爲由1個以上的雙極電晶體與電 阻所構成。 14. 如申請專利範圍第12項之琴光放大裝置，其中: 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4規格（公釐 21 39996 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂- A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 前述低釋濾波電路爲由電阻與電容器構成的RC低 通濾波電路形成，前述跨導放大器爲由MOS電晶體形 成。 15,如申請專利範圍第12項之受光放大裝置，其中 前述跨導放大器爲由二極體或電晶體以複數個組 合而成。 --------κί—裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -'a Γί!*1'"1- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 E tbEE-. --· - ----- -i-£- : 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 22 3$996