如何放大光電二極管信號(hào)？

　　今天給大家分享一些關(guān)于光電二極管運(yùn)算放大電路的文章。

　　光電二極管放大電路設(shè)計(jì)-如何放大光電二極管信號(hào)？

　　由光電二極管產(chǎn)生的極低幅度電流的標(biāo)準(zhǔn)方法：將該電流用作基于運(yùn)算放大器的跨阻放大器（TIA）的輸入。下圖提供了連接到 TIA 的光電二極管的示例，光電二極管的偏壓為零，這意味著光電二極管在光伏模式下工作。

　　連接到跨阻放大器的光電二極管

　　1、保持光電二極管電路的穩(wěn)定性

　　在上圖所示的電路中，只有電阻（ RF ）提供增益。電容（CF）的目的是通過補(bǔ)償光電二極管的內(nèi)部結(jié)電容來避免振蕩問題，這會(huì)在反饋網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)極點(diǎn)。電容（CF）通過在反饋網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建一個(gè)零點(diǎn)來進(jìn)行補(bǔ)償。

　　振蕩是光電二極管電路的一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的問題。確實(shí)，內(nèi)部頻率補(bǔ)償通常可以保護(hù)運(yùn)算放大器免受不穩(wěn)定的影響，但即使使用內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算放大器，光電二極管也會(huì)發(fā)生振蕩。

　　2、包含直流偏移

　　在某些情況下，可能需要使用光電二極管來記錄由特定類型的短時(shí)光或熱事件產(chǎn)生的波形。你可以使用 AC 耦合來消除環(huán)境輻射的影響，從而允許系統(tǒng)僅檢測(cè)瞬態(tài)照明，但波形的下降沿可能會(huì)延伸到地面以下。

　　這在單電源系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)問題：如果運(yùn)算放大器的負(fù)電源接地，延伸到 0 V 以下的波形部分將被削波。

　　你可以通過向運(yùn)算放大器的非反相輸入端施加一個(gè)小的直流電壓（稱為 VOFFSET ）來解決此問題；VOFFSET將成為放大器在沒有輸入信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的輸出電平。波形的下降沿將能夠延伸到該電壓以下，并且在瞬態(tài)事件之后，放大的輸出最終將返回到 VOFFSET。

　　與圖 1 相同的光電二極管連接到跨阻放大器，但具有直流偏移

　　在此示例中，使用電阻分壓器來生成合適的偏移電壓，并聯(lián)電容有助于抑制源自電源的高頻噪聲。

　　你選擇的偏移電壓將取決于你要應(yīng)用的電路。如果你不希望VOFFSET大于必要的值：如果偏移為 500 mV，但你的輸入波形從未延伸到低于地面 200 mV 以上，那么你已經(jīng)失去了正周期部分可能需要的 300 mV 信號(hào)擺幅的波形。

　　要記住，由于虛擬短路，施加到同相輸入端的電壓也會(huì)出現(xiàn)在反相輸入端。這意味著正偏移電壓將導(dǎo)致光電二極管具有反向偏置。

　　3、避免飽和

　　即使你不確定要保留波形的地下部分，如果你正在設(shè)計(jì)單電源系統(tǒng)，也應(yīng)該考慮包含一個(gè)小的（可能是 100 mV）偏移電壓，因?yàn)樗梢苑乐惯\(yùn)算放大器在負(fù)軌飽和。

　　飽和并不是什么特別嚴(yán)重，但運(yùn)算放大器（與比較器不同）并未針對(duì)在電源軌上產(chǎn)生的輸出電壓進(jìn)行優(yōu)化。飽和運(yùn)算放大器需要一些時(shí)間才能擺脫飽和。因此，在負(fù)軌處飽和的 TIA 在響應(yīng)輸入信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些延遲。

　　光電二極管運(yùn)算放大電路案例設(shè)計(jì)1

　　光電二極管可以在光伏或光電導(dǎo)模式下運(yùn)行。在光伏模式下，光電二極管是無偏置的；而對(duì)于光電導(dǎo)模式，則施加外部反向偏壓。具體的工作模式選擇取決于應(yīng)用程序的速度要求以及可容忍的暗電流量。在光伏模式下，暗電流最小。光電二極管在光電導(dǎo)模式下工作時(shí)表現(xiàn)出最快的開關(guān)速度。

　　光電二極管和運(yùn)算放大器可以耦合，以使光電二極管在短路電流模式下工作。運(yùn)算放大器用作簡(jiǎn)單的電流電壓轉(zhuǎn)換器。

　　PV和PC模式

　　基本光電二極管測(cè)試電路

　　如下圖所示，為基本光電二極管的測(cè)試電路，當(dāng) LED 開啟時(shí)，反向電流通過光電二極管從陰極流向陽極，流向 Q1 的基極。電流被放大并用于點(diǎn)亮 LED，這是一個(gè)對(duì)測(cè)量光強(qiáng)度無用的開/關(guān)電路。

　　基本光電二極管電路

　　光電二極管運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)案例2

　　在這里，我們將使用運(yùn)算放大器將光電二極管電流轉(zhuǎn)為可測(cè)量的電壓，也被稱為跨阻抗或電流電壓放大器。在所有情況下，光電二極管都是反向偏置的。

　　基本的 LM741 光電二極管跨阻放大器

　　使用 LM741 將小漏電流通過公式 Rf * Ip 轉(zhuǎn)換為電壓。根據(jù) Rf 的值，電壓輸出為正 0 到 10 伏。LED 的亮度與光電二極管上的光強(qiáng)度成正比。要注意，這是一個(gè)雙極電源電路。

　　雙極電源電路

　　接著對(duì)這個(gè)電路改進(jìn)一下（如下圖所示），和上面的不同之處在于光電二極管的陽極連接到 -12 伏電源。這降低了電容并提高了開關(guān)響應(yīng)。這是一個(gè)演示電路，如果要獲得真正的高速性能，必須要使用高速運(yùn)算放大器，例如ADA4817-1 或 OPA640，還可以使用 PIN 光電二極管。