光电单元使用方法及放大装置与流程

1.本发明涉及一种光电单元使用方法及放大装置，特别是提供一种利用光电单元(光电池，光电二极管)为信号放大的器件提供偏置的光电单元使用方法及性能好的放大装置。


背景技术：

2.在传统放大装置中，器件(包括三极管、场效应管、igbt、电子管等全控型器件)偏置由器件的工作电源(或其它简单供电电源)通过偏置电路(电阻等)提供，其存在偏置容易受到工作电源的波动影响(如干扰，在推挽放大电路中也会造成输出管之间对地电位差波动)，存在稳定性差的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决技术背景的问题，提供一种利用光电单元为信号放大的器件提供偏置的光电单元使用方法及实现性能好的放大装置。
4.实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：
5.一种光电单元使用方法，光电单元由发光元件、光能转换为电能的接受元件组成，所述接受元件为能量输出型元件，所述接受元件用于与信号放大的器件的偏置电极连接。
6.一种放大装置，包括器件、光电单元，光电单元与器件连接。
7.如图1所示，包括用于信号放大的器件q1(为三极管，当采用压控型器件时，在该器件的第一电极p1-1、第二电极p1-2之间并联一电阻即可)、光电单元e1(由发光元件a、接受元件b组成)，接受元件b与器件q1的偏置电极(第一电极)连接，发光元件a发射光至接受元件b，使得器件q1进入放大工作状态，图1所示为接受元件b与第一电极为串联，电源通过接受元件b提供器件q1偏置电流(该电流取决于接受元件b产生的电流)，接受元件b用于限流(作为恒流源)；当选用开路电压较高的光电单元e1时，可以把光电单元e1与器件q1偏置电极(第一电极、第二电极，当q1采用电子管时，光电单元e1的负极与电子管的栅极连接)并联，光电单元e1作为能量源，其输出的电流(电压)取决于发光元件a，与第一电极连接的电容c1(耦合元件)用于输入信号，电阻rc可以根据需要选用。
8.本发明设计合理，利用光电单元提供偏置能量，具有性能好的优点。
附图说明
9.图1是本发明光电单元使用方法及放大装置原理图。
10.图2是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例一原理图之一。
11.图3是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例一原理图之二。
12.图4是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例一原理图之三。
13.图5是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例一原理图之四。
14.图6是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例二原理图之一。
15.图7是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例二原理图之二。
16.图8是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例二原理图之三。
17.图9是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例二原理图之四。
18.图10是本发明光电单元使用方法及放大装置实施例三原理图。
19.图11是本发明光电单元使用方法及放大装置之器件电路之一。
20.图12是本发明光电单元使用方法及放大装置之器件电路之二。
具体实施方式
21.本发明光电单元使用方法及放大装置，如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的实施例，光电单元e1(第一光电单元；或e2，即第二光电单元)由发光元件a、光能转换为电能的接受元件b组成，接受元件b为能量输出型元件，接受元件b用于与信号放大的器件(器件q1、器件q2，分别定义为第一器件，第二器件；器件q1与器件q2组成推挽放大电路)的偏置电极(第一电极，或第二电极)连接；器件(q1，q2)的第一电极用于输入信号(此信号非光电单元提供)，接受元件b提供器件(q1，q2)偏置，使得器件(q1，q2)工作在放大区；放大装置包括器件(q1，q2)、光电单元e1(或e2)，光电单元e1(或e2，其接受元件b)与器件q1的第一电极、器件q2的第一电极连接(注：图10为光电单元e1与器件q1的第二电极、器件q2的第二电极连接)。
22.实施例一：
23.如图2、图3、图4、图5所示，还包括电容c1、电容c2；电容c1与器件q1的第一电极连接，电容c2与器件q2的第一电极连接；器件q1的第二电极与器件q2的第二电极连接的节点n1用于输出信号。
24.图2、图3、图5的光电单元e1(接受元件b)连接的rv(泄荷元件)用于限压(泄放电荷)，光电单元e1与泄荷元件rv组成并联电路，并联电路两端分别与两第一电极(p1-1、p2-1)连接；rv由电阻r1、电阻r2串联组成，电阻r1、电阻r2的共同节点与地(或n1)连接；电阻r1、电阻r2用于调整共同节点n1对地电位差；为方便调整器件(q1、q2)的静态电流，泄荷元件rv包括第三泄荷元件r3(第三电阻，可采用可调电阻，或二极管串联电路，或固定电阻)，注：泄荷元件rv根据需要选择使用(注：电阻r1、电阻r2、第三泄荷元件r3也可择其一或其二使用)，电阻r1、电阻r2阻值可以在1兆欧至10兆欧之间选择；当光电单元(接受元件b)与泄荷元件组成并联电路，该并联电路可形成一恒压源，用于限制光电单元e1的输出电压使得器件工作在放大区；图5为实现器件q1、器件q2工作过程中不截止的放大装置，还包括二极管d1、二极管d2、第一限流元件rr1、第二限流元件rr2，二极管d1与器件q1的第二电极连接，二极管d2与器件q2的第二电极连接，器件q1、二极管d1、二极管d2、器件q2组成串联电路；二极管d1与二极管d2的共同节点用于输出信号；器件q1与二极管d1的共同节点n1-1、二极管d2与器件q2的共同节点n1-2分别通过第一限流元件rr1、第二限流元件rr2与电源(器件q1与器件q2推挽放大电路两端的电源)连接，本电路利用光电单元e1用于克服二极管d1(d2)截止带来的失真，电源通过第一限流元件rr1(第二限流元件rr2)给节点n1-1(n1-2)注入电流，对器件q1(q2)的第二电极进行偏置，实现器件工作过程中不截止，具有电路简单、稳定性高的优点。
25.工作原理：器件q1、器件q2两端及光电单元e1的发光元件a上电，器件q1、器件q2得
到偏置电压，使得器件q1、器件q2进入放大区。
26.本实施例，可通过调整发光元件a的驱动电流调节器件(q1、q2)的静态电流，也可以根据负载rl(或器件)电流，利用一控制电路通过调整发光元件a自动(自适应)调节器件(q1、q2)的电流，实现智能偏置。
27.实施例二：
28.如图6、图7、图8、图9所示，其为一个可实现器件不截止的放大装置(输出电路)；还包括二极管d1、二极管d2，二极管d1与器件q1的第一电极连接，二极管d2与器件q2的第一电极连接，二极管d1、二极管d2用于输入信号；
29.如图7所示，其为采用器件(输出功率管)的第三电极(p1-3、p2-3)为输出电极的放大装置(输出电路)；器件q1的第二电极、器件q1的第三电极、器件q2的第三电极、器件q2的第二电极串联组成第一串联电路，器件q1的第二电极、器件q1的第一电极、光电单元e1、器件q2的第一电极、器件q2的第二电极串联组成第二串联电路，第一串联电路、第二串联电路两端用于连接电源；当器件采用压控型器件时第一电极与第二电极之间需要并联一电阻，光电单元e1与器件的偏置电极(第一电极)为串联关系用于限流，实现对器件偏置，可以选用输出电压不具备驱动器件导通的光电池(光电二极管)，具有成本低、电路简单的优点(注：为方便理解图7增加了推动级pa，也可以选用其它类型电路的推动级)。
30.图8第二光电单元e2、与第一光电单元e1连接的泄荷元件(电阻r1、电阻r2)、电容c1、电容c2、泄荷元件r8(第八电阻，也可以采用其它元件，如二极管等)，电阻r1、电阻r2组成的串联电路与第一光电单元e1(接受元件b)并联，电阻r1、电阻r2的共同节点与器件q1、器件q2的共同节点n1连接，器件q1的第二电极与器件q2的第二电极的共同节点n1用于输出信号；电容c1通过二极管d1与器件q1的第一电极连接，电容c2通过二极管d2与器件q2的第一电极连接，第二光电单元e2两端分别通过二极管d1、二极管d2与器件q1的第一电极、器件q2的第一电极连接；第二光电单元e2与泄荷元件r8并联。
31.图9所示，包括电容c1、电容c2，器件q1包括器件q1之一q1-1、器件q1之二q1-2，器件q2包括器件q2之一q2-1、器件q2之二q2-2；q1-1通过二极管d1与q1-2的第一电极连接，q2-1通过二极管d2与q2-2的第一电极连接，第一光电单元e1连接泄荷元件rv，第一光电单元e1与q1-1的第一电极、q2-1的第一电极连接；第二光电单元e2与q1-2的第一电极、q2-2的第一电极连接；q1-2的第二电极与q2-2的第二电极的共同节点n1用于输出信号；c1与q1-1的第一电极连接，c2与q2-1的第一电极连接。
32.工作原理：当输入信号为高幅值时，在二极管d1、二极管d2任一截止的情况下，光电单元e1(或为e2，如图9所示)使得器件(q1，q2；或如图9所示的q1-2，q2-2)维持放大工作状态，克服放大装置由于器件出现截止，导致的各种问题(如开关失真、交越失真、高频特性下降等)，二极管d1、二极管d2输入直流偏置信号(图7的pa、图8的e2、图9的e1提供的偏置，可克服二极管d1、二极管d2的交越失真)；当放大装置(如用于数字音频放大，脉冲信号也定义为交流信号)等对二极管引起的失真不做要求时，二极管d1与二极管d2相连接即可，其共同节点输入信号。
33.本实施例，当光电单元或光电单元的接受元件多个时，可使用光电单元(或接受元件)之一与二极管d1并联，光电单元(或接受元件)之二与二极管d2并联，实现高动态甲类(ha类)放大。
34.实施例三：
35.如图10所示，为一个可实现器件不截止的放大装置(输出电路)；还包括二极管d1、二极管d2，二极管d1与器件q1的第二电极连接，二极管d2与器件q2的第二电极连接；器件q1、二极管d1、二极管d2、器件q2组成串联电路；二极管d1与二极管d2的共同节点用于输出信号；二极管d1、二极管d2组成的串联电路与光电单元e1的接受元件b并联，也可以二极管d1、二极管d2各并联一接收元件b(接收元件b之一，接收元件b之二)，此电路可结合前面揭示的相关电路配合使用，器件的第一电极可以连接一接地电阻。
36.工作原理：当输入信号为高幅值时，在二极管d1、二极管d2任一截止的情况下，光电单元e1产生的电流使得器件q1、器件q2维持导通状态，克服放大装置由于器件q1、器件q2出现截止，导致的各种问题(如开关失真、交越失真、高频特性下降等)。
37.以上实施例，可在第一电极串联一电阻、第二电极串联一电阻，提升工作稳定性。
38.以上实施例，负载rl不接地时，增加相关电路，也可以应用于桥接功率放大电路中，器件q1、器件q2其一为n型，另一为p型(也可以采用p型器件驱动n型器件组成)。
39.以上实施例二极管(d1，d2)优选为肖特基二极管、或为开关二极管、或为快恢复二极管。
40.以上实施例相关定义：
41.器件q1、器件q2，分别定义为第一器件，第二器件；
42.与器件的第一电极连接的c1、c2为耦合元件，分别定义为第一耦合元件，第二耦合元件，需放大信号通过耦合元件与第一电极连接，第一耦合元件，第二耦合元件如采用二极管替代电容时，可以一个，或多个二极管串联电路替代电容，此时二极管同时作为光电单元的泄荷元件；当c1，c2省略时，二极管d1、d2也可以定义为第一耦合元件，第二耦合元件；
43.电阻r1、电阻r2分别定义为第一电阻，第二电阻，电阻r1、电阻r2优选为一可调电阻；
44.二极管d1、二极管d2分别定义为第一二极管，第二二极管；采用了二极管d1、二极管d2可实现ha类放大；
45.第一电极为基极(电流控制型器件的第一电极)，或为栅极(电压控制型器件的第一电极)，第二电极为发射极，或源极，或为阴极；第三电极为集电极，或为漏极，或为阳极；
46.图1、2、5、6、7、8、10所示的q1(q2，可选)为单级放大单元，采用场效应管，或采用三极管，也可采用igbt，或达林顿管等等同装置(如图11、图12所示，图11的场效应管可以为三极管，可减少接受元件b的光电二极管数量需求)；图3、图4的q1、q2由场效应管、三极管组成(场效应管驱动三极管，等效为一场效应管；图4的q1、q2为三极管驱动场效应管，等效为一三极管)，也可以由二个场效应管组成(场效应管驱动场效应管，等效为一场效应管)，或由二个三极管组成；以上实施例的q1、q2具体类型可以根据需求，灵活变换选用。
47.图6、图7、图10所示的原理图适合搭配各种推动级电路；而包括第一耦合元件、第二耦合元件的原理图，尤其适合作为(无大环负反馈)0db功放，具有输入阻抗高(方便匹配各种电压推动级，如电子管推动级)、频率特性好的优点，尤其适用于20hz至20khz宽带音频信号放大，克服或减少了用于耦合的电容(如第一耦合元件、第二耦合元件采用电容时)对低频信号的衰减。
48.光电单元可方便用于隔离电调节器件的静态电流，实现甲类、甲乙类、或乙类工作
模式调整，或用于动态甲类调整；采用光电单元的两端分别与两个第一电极(或第二电极)连接，通过调整光电单元的发光元件的驱动电流可平衡调整器件的静态电流，节点n1对地静态电位差稳定性好；光电单元可选用光电耦合器(体积极小，能量输出型)，其可以单个使用，也可以多个串联，或并联，或混联使用；也可以采用多个发光二极管串联(或并联，或混联)组成发光元件，多个光电二极管(光电池)串联(或并联，或混联)组成接受元件，发光元件与接受元件封装为一模块，方便批量化使用；当光电单元(其接受元件)作为恒流源串联在电路中实现恒流，光电单元可以采用输出电压仅为0.4伏特左右的光电池(光电二极管)配合一发光元件组成；光电单元的发光元件优选为发光二极管，接受元件为光电池(光电二极管)；调整发光元件的驱动电流从而调整接受元件的输出电流；
49.当非推挽放大时，在以上实施例基础上省略相关元器件即可，可作为高速脉冲放大，或单管全波放大，工作原理相同。
50.利用光电单元产生电流(当对场效应管等电压控制型器件偏置时，利用泄荷元件，现实电流到电压的转换，注：接受元件b具有电流源特性)提供器件偏置，具有电路简单，偏置、节点n1对地静态电位差不受器件器件工作电源的影响，偏置引入干扰小。
51.本发明的光电单元使用方法尤其适用于功率(音频)放大的器件偏置，克服了传统偏置导致放大装置的不稳定性；声称与本发明相同使用方法的光电单元，也落入本发明专利保护范围。
52.本发明设计合理，具有电路简单、性能好(如稳定性、信噪比等性能)的优点。