高速低功耗光電耦合電路的製作方法

2023-05-24 18:39:26

專利名稱：高速低功耗光電耦合電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電路技術領域，涉及一種高速低功耗光電耦合電路。
背景技術：
光電耦合器是由發光二極體和光敏三極體組成的耦合器件。當發光二極體通過 電流而發光時，光敏三極體一基板間產生光電流，這個光電流注入基極使光敏三極體導 通。因此它兼有信號傳輸和隔離作用，在抗幹擾電路中得到廣泛應用。但在對高速脈衝 信號進行測量和傳輸的場合，普通型光耦的高頻特性差使它的應用受到很大限制。決定光耦器件本身頻率特性的因素很多，但主要有光耦內部的發光延時，光敏 三極體頻率特性，這些都與製造器件的材料有關，但使用中不同的外圍電路對其頻率特 性也有很大影響。圖1所示是常用的一種光電耦合器電路，其中電阻Rl為發光二極體的限流電 阻，R2為光敏三極體的集電極電阻，Cl為發光二極體正極和負極之間的等效分布電容， C2為光敏三極體的集電極與發射極之間的等效分布電容。這個電路的工作過程如下當 V1為高電平時，發光二極體導通發光，光敏三極體飽和，Vtl輸出為低電平；當V1為低電 平時，發光二極體截止熄滅，這時光敏三極體也截止，Vtl為高電平。該電路適應於低頻 信號，但當V1的頻率很高時Vtl的輸出就不理想了，波形如圖2所示。
發明內容鑑於現有光耦電路使用中存在的不足，本實用新型在提高光耦頻率響應特性同 時，可以大大降低整個電路的功耗。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是本實用新型包括輸入電阻、加速電容、第一光電耦合器和第二光電耦合器。輸入電阻與加速電容並聯，輸入電阻與加速電容並聯的一個節點作為光電耦合 電路的信號輸入端，輸入電阻與加速電容並聯的另一個節點分別與第一光電耦合器輸入 端負極和第二光電耦合器輸入端正極連接，第一光電耦合器輸入端正極接供電電源，第 二光電耦合器輸入端負極接地；第一光電耦合器輸出端正極接供電電源，第一光電耦合 器輸出端負極與第二光電耦合器輸出端正極連接作為光電耦合電路的信號輸出端，第二 光電耦合器輸出端負極接地。本實用新型電路簡單，易於實現，既具有良好的頻率特性，又具有功耗低的特 點。特別適用於對電源容量要求較為苛刻的場合。該電路採用速度較快的TIL系列光耦 器件，工作頻率可達500KHz以上。正是這樣的優勢使其不僅可以在在抗幹擾電路中廣 泛應用，同樣也可應用於對高速脈衝信號進行測量和傳輸的場合。

圖1為典型的光耦電路；[0011]圖2為在輸入為2kHz下典型的光耦電路輸出波形圖；圖3為本實用新型電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖3所示，高速低功耗光電耦合電路包括輸入電阻R、加速電容C、第一光電 耦合器和第二光電耦合器，第一光電耦合器內部由輸入端的發光二極體Dl和輸出端的光 敏三極體Tl組成，第二光電耦合器內部由輸入端的發光二極體D2和輸出端的光敏三極 管T2組成，光電耦合器可選用TLP521-1、TLP521-2或TLP521-4。輸入電阻R與加速電容C並聯，輸入電阻R與加速電容C並聯的一個節點作為 光電耦合電路的信號輸入端V1,輸入電阻R與加速電容C並聯的另一個節點分別與發光 二極體Dl負極和發光二極體D2正極連接，發光二極體Dl正極接+5V，發光二極體D2 負極接地；光敏三極體Tl的集電極接供電電源Vcc，光敏三極體Tl的發射極與光敏三極 管T2的集電極連接作為光電耦合電路的信號輸出端Vtl，光敏三極體T2的發射極接地。本實用新型提高輸入迴路頻率響應特性的原理是在輸入電阻R兩端接一小容 量電容C( 一般取50pf 470pf)。當V1為高電平時，由於C不能突變，V1瞬間電壓直 接加在輸入二極體等效分布電容的兩端，該等效分布電容立刻被充滿電，二極體很快正 常發光。而當V1為低電平時，由於輸入端的等效分布電容首先直接對電容C放電，電容 C兩端電壓極性與等效分布電容的極性相反，從而使等效分布電容兩端電壓很快降至低 電平，二極體很快熄滅。因此電容C具有加速電容作用，提高了輸入迴路的頻率響應特 性。本實用新型提高輸出迴路頻率響應特性的原理是電阻R為發光二極體Dl、D2 的限流電阻，C為加速電容。光敏三極體Tl、T2組成對稱推挽電路。當V1為低電平 時，Dl發光，D2熄滅，光敏三極體Tl飽和，T2截止，則Vtl輸出為高電平。當乂為 高電平時，Dl熄滅，D2發光，光敏三極體T2飽和，Tl截止，則Vtl輸出低電平。可 見由於輸出電路通過三極體Tl和T2的飽和狀態輸出高、低電平，輸出迴路的時間常數很 小，從而使輸出電路的頻率響應特性有了很大的提高。該電路還具有低功耗的特點，由於輸入迴路有加速電容，且輸出迴路省去了圖1 中的電阻R2，Tl飽和時的直流負載為T2的截止狀態電阻，T2飽和時的直流負載為Tl 的截止狀態電阻，故輸出迴路對輸入光強要求降低，因此可適當地提高限流電阻R。這 樣雖然電阻R在整個信號周期中均有電流通過，但實際上總的輸入電流沒有增加。另外 又由於輸出電路僅在Vtl發生跳變時，光敏三極體Tl、T2對分布電容充放電，而在V。 為高電平和低電平時，光敏三極體Tl、T2無電流通過，所以輸出迴路在工作頻率不太高 時幾乎不消耗電能。因此該設計大大降低了整個電路的功耗。
權利要求1.高速低功耗光電耦合電路，包括輸入電阻、加速電容、第一光電耦合器和第二光 電耦合器，其特徵在於輸入電阻與加速電容並聯，輸入電阻與加速電容並聯的一個節點作為光電耦合電路 的信號輸入端，輸入電阻與加速電容並聯的另一個節點分別與第一光電耦合器輸入端負 極和第二光電耦合器輸入端正極連接，第一光電耦合器輸入端正極接供電電源，第二光 電耦合器輸入端負極接地；第一光電耦合器輸出端正極接供電電源，第一光電耦合器輸 出端負極與第二光電耦合器輸出端正極連接作為光電耦合電路的信號輸出端，第二光電 耦合器輸出端負極接地。
專利摘要本實用新型公開了一種高速低功耗光電耦合電路。現有的電耦合電路頻率響應特性不好。本實用新型中的輸入電阻與加速電容並聯，輸入電阻與加速電容並聯的一個節點作為光電耦合電路的信號輸入端，輸入電阻與加速電容並聯的另一個節點分別與第一光電耦合器輸入端負極和第二光電耦合器輸入端正極連接，第一光電耦合器輸入端正極接供電電源，第二光電耦合器輸入端負極接地；第一光電耦合器輸出端正極接供電電源，第一光電耦合器輸出端負極與第二光電耦合器輸出端正極連接作為光電耦合電路的信號輸出端，第二光電耦合器輸出端負極接地。本實用新型電路簡單，既具有良好的頻率特性，又具有功耗低的特點。
文檔編號H03K19/14GK201805416SQ20102028943
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月10日 優先權日2010年8月10日
發明者李永寧, 陳國金 申請人:杭州電子科技大學