一种功率输出电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种功率输出电路，特别是一种适用于数字光禪合器使用的功率 输出电路。
【背景技术】
[0002] 在数字光电禪合器等器件的设计中往往需要设计矩形特性良好的带驱动能力逻 辑输出电路。
[0003] 数字光禪合器基本工作原理是把红外发光器件和红外接收器件W及信号处理电 路等封装在同一管座内的器件，输入电信号加到输入端发光器件L邸上，L邸发光，光接收 器件接收光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准 数字电平输出，运样就实现了"电-光-电"的转换及输出，光是传输的媒介，因而输入端与 输出端在电气上是绝缘的，即所谓的电隔离。
[0004] 具体的，在功率型的数字光禪合器设计中，光接收器件输出的小信号经中间放大 电路放大后通常会由一个功率输出电路进行功率放大，并输出标准的数字电平，W实现对 一些功率型器件的隔离控制（本质是实现弱电电路控制强电电路）。功率输出电路的设计 是整个光禪合器设计的一个重要方面。
[0005] 现有技术中，由双极工艺实现的数字光禪合器信号处理电路部分的功率输出电路 广泛采用图腾柱输出电路实现，但是图腾柱输出电路往往存在开关速度慢和抗干扰能力低 等缺点，不适应高速光禪合器应用需要。
[0006] 此外基于系统工作稳定性需求的原因，我们往往希望功率输出电路矩形特性良好 (适应数字控制需要）； 【实用新型内容】
[0007] 针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种开关速度快，抗干 扰能力强，输出信号矩形特性良好的功率输出电路。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术手段：
[0009] 一种功率输出电路，其特征在于，包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第=晶体管 Q3和第四晶体管Q4 ;第一晶体管Ql的基极是功率输出电路的输入端；
[0010] 第一晶体管Ql的集电极与第=晶体管Q3的基极相连接，连接电节点记为电节点 a ;第S晶体管Q3的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连接，第S晶体管Q3的集电 极与第四晶体管Q4的集电极相连接，第=晶体管Q3的发射极与第四晶体管Q4的基极相连 接，第=晶体管Q3的发射极与第四晶体管Q4的发射极之间接有第一电阻Rl ;第四晶体管 Q4的发射极是功率输出电路的输出端；
[0011] 第一晶体管Ql的发射极与第二晶体管Q2的基极相连接，连接电节点记为电节点 b ;电节点b通过第五电阻R5与第五晶体管Q5的基极相连接，电节点b通过第六电阻R6与 第五晶体管Q5的集电极相连接，第五晶体管Q5的发射极接地；
[0012] 第二晶体管Q2的集电极与所述功率输出电路的输出端相连接；
[0013] 所述电节点a通过偏置电阻RP与电源VCC相连接；
[0014] 所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第=晶体管Q3、第四晶体管Q4和第五晶体管 Q5为NPN型晶体管。
[0015] 进一步的，所述第一晶体管Ql为肖特基巧位晶体管，所述第二晶体管Q2为肖特基 巧位晶体管、所述第=晶体管Q3为肖特基巧位晶体管、所述第四晶体管Q4为肖特基巧位晶 体管。
[0016] 更进一步的，所述第一晶体管Ql的发射区有效总周长为650um，所述第二晶体管 Q2的发射区有效总周长为650um，所述第=晶体管Q3的发射区有效总周长为650um，所述第 四晶体管Q4的发射区有效总周长为650um。
[0017] 相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
[0018] (1)本实用新型中，由于放流电阻第一电阻Rl的存在，可W在倒相时泄放存储电 荷，使得电路平均传输延迟时间化d下降，因而具有能提高了电路工作速度的有益效果。
[0019] (2)本实用新型使用第五晶体管Q5,第五电阻R5,第六电阻R6组成的结构代替基 本图腾柱电路的R12,具有抗干扰性能好有益效果。
【附图说明】
[0020] 图1为光禪合器光电检测电路框图；
[0021] 图2基本的图腾柱输出电路；
[0022] 图3为本实用新型电路结构图；
[0023] 图4为功率输出电路电压传输特性
[0024] 图5为功率输出电路的电源电流情况
[0025] 图6采用恒流源偏置的功率输出电路电源电流情况
[0026] 图7为巧广散保护环结构的SBD
[0027] 图8为本实用新型W恒流源偏置代替偏置电阻RP后电路结构图；
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。
[0029] 光电禪合器是一种把红外发光器件和红外接收器件W及信号处理电路等封装在 同一管座内的器件，输入电信号加到输入端发光器件L邸上，L邸发光，光接收器件接收光 信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输 出，运样就实现了"电-光-电"的转换及输出，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电 气上是绝缘的，即所谓的电隔离。
[0030] 光电禪合器广泛应用于计算机及其外设接口、工控、电信、仪器仪表、数据总线、高 速数字系统、数字I/O 口、模/数转换、数据发送、单片机接口、电平转换、信号及级间隔离、 脉冲放大、医疗设备等领域；甚至在电源技术的线性隔离、电量反馈、电流传感、电量变换等 各个场合都有成功的应用，市场需求量持继增长，发展极其迅速。
[0031] 常见的光禪合器的光电检测部分电路框图如图1所示，电路主要由光电探测传感 器，前置放大器、中间放大器、功率与逻辑输出部分和输出保护电路组成。
[0032] 功率与逻辑输出部分主要功能在于将中间放大器输出的小信号进一步进行功率 放大，并且输出标准数字信号。
[0033] 由双极集成电路工艺实现的数字光禪合器光电检测部分电路部分的功率与逻辑 输出电路（功率输出电路）广泛采用如图2所示的图腾柱输出电路实现，但是图腾柱输出 电路往往存在开关速度慢和抗干扰能力低等缺点，不适应高速光禪合器应用需要。
[0034] 为了解决传统图腾柱输出电路往往存在的开关速度慢和抗干扰能力低等缺点，本 实用新型设计了如图3的功率输出电路的拓扑结构，具体拓扑连接关系是：
[0035] 本实用新型功率输出电路的拓扑结构包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第=晶 体管Q3和第四晶体管Q4 ;第一晶体管Ql的基极是功率输出电路的输入端；
[0036] 第一晶体管Ql的集电极与第S晶体管Q3的基极相连接，连接电节点记为电节点 a ;第S晶体管Q3的集电极通过第二电阻R2与供电电源VCC相连接，第S晶体管Q3的集电 极与第四晶体管Q4的集电极相连接，第=晶体管Q3的发射极与第四晶体管Q4的基极相连 接，第=晶体管Q3的发射极与第四晶体管Q4的发射极之间接有第一电阻Rl ;第四晶体管 Q4的发射极是功率输出电路的输出端；
[0037] 第一晶体管Ql的发射极与第二晶体管Q2的基极相连接，连接电节点记为电节点 b ;电节点b通过第五电阻R5与第五晶体管Q5的基极相连接，电节点b通过第六电阻R6与 第五晶体管Q5的集电极相连接，第五晶体管Q5的发射极接地；
[0038] 第二晶体管Q2的集电极与所述功率输出电路的输出端相连接；
[0039] 所述电节点a通过偏置电阻RP与电源VCC相连接；
[0040] 具体的我们通过分析本实用新型电路结构与基本图腾柱输出电路的具体差异来 阐述本实用新型电路工作情况，W及解决技术问题的基本思路：
[0041] (一）基本的图腾柱输出电路在输出端从高电平向低电平转换的瞬间，从电源流 经R13, M3, M2,二极管中有瞬态大电流流过，因而二极管的PN结中回储存大量的电荷，由 于线路上没有泄放回路运些电荷只能靠管子自身复合而消失，运必将影响到电路的开关速 度。
[0042] 本实用新型中的输出电路采用了由第S晶体管Q3和第四晶体管Q4组成的结构作 为高电平输出级，并添加放流电阻R1。由于VCB4 = VCE3 > 0,其中VCB4是第四晶体管Q4 的集电极与基极之间的电压差，VCE3第=晶体管Q3集电极与发射极之间的电压差，因此第 四晶体管Q4不会进入饱和区，第四晶体管Q4导通时基区的存储电荷大大的减少，而且由 于放流电阻第一电阻Rl的存在，可W在倒相时泄放存储电荷，使得电路平均传输延迟时间 Tpd下降，因而提高了电路的工作速度；此外，达林顿管射随器的电流增益大，输出电阻小 增大了电路高电平输出时的负载能力。
[0043] (二）基本的图腾柱输出电路低电平输出管的基极回路由电阻R12构成。当Ml管 刚开始导通，Ml管的集电极电位开始下降，而此时M2尚未导通运使得电路不能即时的输出 低电平，电路的抗干扰能力下降。再者由于R12的存化分走了部分M2管的基极驱动电流， 使电平下降时间延长。
[0044] 为了解决运些问问题，本实用新型的输出电路使用第五晶体管Q5,第五电阻R5， 第六电阻R6组成的结构代替基本图腾柱电路的R12。由于R5的存在才使得Q5管比Q2管 晚导通，所W Ql管的发射极电流全部灌入Q2管的基极，使得Q2管和Ql管几乎同时导通， 改善了电路传输特性的矩形性，提高了电路的抗干扰性能，而当Q2管饱和后Q5管也逐渐导 通并进入饱和，对Q2管进行分流，使Q2管饱和度变浅。由于Q5管浅饱和，超量存储电荷减 小，因而Q2管推出饱和的速度得到提高。在截止的瞬态，由于Q5管的基极没有泄放回路， 完全靠复合消除存储电荷，所W Q5管比Q2管晚截止，使Q2管有一个很好的泄放回路而很 快的脱离饱和，提高了电路的工作速度，因此本实用新型不仅提高了电路的抗干扰能力而 且提高了电路速度。
[0045] 同时由于运种结构对溫度变化和工艺上0的离散性都有一定的自调整作用，运 种自调整作使得Q2管的饱和深度比较稳定，改善了电路的瞬态特性和负载能力的溫度特 性，减少了工艺离散性对电路特性的影响。
[0046] (=)图4为通过cadence仿真得出的本实用新型功率输出电路电压传输特性。 通过对电压传输特性的分析我们可W清楚的看到通过合理的设置电节点a点的静态工作 点Q (此处设计为1. 6V左右，该静态工作点离转折区有0. 3V的距离），当无信号输入电路工 作在静态时输出低电平为0. 35V，当前级负向脉冲到达时输入电压低于1. 3V电路输出高电 平27V W上。
[0047] 但是该功率输出电路的基本拓扑结构也存在一个显著的缺点，我们用一个偏置电 阻将电节点a与电源正极VCC接通后（输出电路的基本拓扑结构线路完整），进行仿真分析 发现：当周期为40US的输入触发信号到来时电源电流会有一个比较大的过冲，如图5所示 在输入触发信号从高电平向低