[发明专利]光电读数放大器

说明书

本发明涉及一种接收光信号的电子读数放大器，特别是光栅编码器的光电读数放大器。

为了使光信号变成电信号，通常是把光信号照射到光电器件上，光电器件就输出响应光信号的电信号。光电器件有光电池、光电二极管和光电三极管。目前西德海登哈因（Heidenhain）公司制造的光电读数放大器中的光电器件就利用了光电池;我国上海水平仪器厂生产的光电读数放大器中的光电器件则利用了光电三极管。由于光电池和光电三极管的频率响应低，因此其应用范围就受到了很大的限制。光电二极管频响高，但其产生的电信号非常小，一般只有50mv左右，对于这样小的信号来说，是没有实际意义的，解决这一问题的办法通常是外接偏压，使光电二极管产生的电信号增强，同时再后续一个放大电路。但外接偏压后，输出的电信号就载在某一直流电平上。由于光栅的结构和不可避免的缺陷，这种直流电平不是恒值，在高频情况下，电平变化幅度接近或超过光电二极管所产生的电信号幅值，这样就使光电二极管产生的电信号损失精度，甚至失效，所以目前国内的光栅编码器的运转速度和频响都较低，精度较差。

本发明的任务是设计一种光电读数放大器，它可以克服上述光电读数放大器的缺点，主要是能在没有外接偏压的条件下获得大幅度的响应光信号的电信号，同时能较为有效地消除直流电平的漂移和干扰，又能使后续放大电路更为简单。

本发明是通过以下方式实现的，选用光电二极管作为光电器件，其关键在于将两只接收相位差为180°的同频光信号的光电二极管交差对接，使一只光电二极管的P极与另一只光电二极管的N极连接，其结果是在有光信号输入时第一只光电二极管的结电场又成为第二只光电二极管的外偏压;第二只光电二极管加强了的电场又成为第一只光电二极管的外偏压。这样，在不外接偏压的情况下便使两只光电二极管在瞬间都达到外接偏压时的光电转换效果，输出放大了的电信号。由于两只光电二极管同时承受光栅结构和缺陷的影响，交差对接后干扰直流电平互相抵消，因而放大了的合成信号直流电平接近恒值。上述两只交差对接的光电二极管应该是同型号的，最好至少有一只光电二极管的受光强度可以调节，以改变光电读数放大器输出信号直流电平的大小，甚至可以把光电读数放大器输出信号的直流电平消除掉。为了使两只交差对接的光电二极管能较好地放大信号，可选用2CU型光电二极管。

下面将结合附图对本发明进一步详述。

图1是本发明中光电二极管交差对接的示意图。

图中A和B为同频变化的二束光线，其相位差为180°，两只同型号的光电二极管〔1〕和〔3〕交差对接，光电二极管〔1〕的P极与光电二极管〔3〕的N极相连接，光电二极管〔1〕的N极与光电二极管〔3〕的P极相连接，挡光原件〔4〕和〔5〕分别设置在光电二极管〔1〕和〔3〕的前面，用以调节光线A和B的强度。光电二极管在没有交差对接时，每一只光电二极管〔1〕或〔3〕响应光信号的电信号在负载〔2〕上仅有50mv左右，交差对接以后，在负载〔2〕上有600mv到850mv的电信号。光信号频率在50KHz以下时，输出信号的幅值几乎不变，在100KHz时，输出的电信号仍足以精确地驱动后续电路。

本发明具有光电二极管高频响的优点，又能在不外接偏压的情况下获得大幅度的响应光信号的电信号。采用这种光电读数放大器的光栅编码器，频率响应高、精度高、运转速度高、温度稳定性好、后续电路简单可靠。所用的光电二极管在市场上可以买到，安装调试简便，成本较低。