今天給大家分享一些關于光電二極管運算放大電路的文章。

　　光電二極管放大電路設計-如何放大光電二極管信號？

　　由光電二極管產生的極低幅度電流的標準方法：將該電流用作基于運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） 的目的是通過補償光電二極管的內部結電容來避免振蕩問題，這會在反饋網絡中形成一個極點。電容（CF）通過在反饋網絡中創建一個零點來進行補償。

　　振蕩是光電二極管電路的一個非常現實的問題。確實，內部頻率補償通常可以保護運算放大器免受不穩定的影響，但即使使用內部補償運算放大器，光電二極管也會發生振蕩。

　　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光或熱事件產生的波形。你可以使用 AC 耦合來消除環境輻射的影響，從而允許系統僅檢測瞬態照明，但波形的下降沿可能會延伸到地面以下。

　　這在單電源系統中可能會出現問題：如果運算放大器的負電源接地，延伸到 0 V 以下的波形部分將被削波。

　　你可以通過向運算放大器的非反相輸入端施加一個小的直流電壓（稱為 VOFFSET ）來解決此問題；VOFFSET將成為放大器在沒有輸入信號時產生的輸出電平。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，那么你已經失去了正周期部分可能需要的 300 mV 信號擺幅的波形。

　　要記住，由于虛擬短路，施加到同相輸入端的電壓也會出現在反相輸入端。這意味著正偏移電壓將導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，如果你正在設計單電源系統，也應該考慮包含一個小的（可能是 100 mV）偏移電壓，因為它可以防止運算放大器在負軌飽和。

　　飽和并不是什么特別嚴重，但運算放大器（與比較器不同）并未針對在電源軌上產生的輸出電壓進行優化。飽和運算放大器需要一些時間才能擺脫飽和。因此，在負軌處飽和的 TIA 在響應輸入信號時會出現一些延遲。

　　光電二極管運算放大電路案例設計1

　　光電二極管可以在光伏或光電導模式下運行。在光伏模式下，光電二極管是無偏置的；而對于光電導模式，則施加外部反向偏壓。具體的工作模式選擇取決于應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模式下工作時表現出最快的開關速度。

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

　　PV和PC模式

　　基本光電二極管測試電路

　　如下圖所示，為基本光電二極管的測試電路，當 LED 開啟時，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亮 LED，這是一個對測量光強度無用的開/關電路。

　　基本光電二極管電路

　　光電二極管運算放大器電路設計案例2

　　在這里，我們將使用運算放大器將光電二極管電流轉為可測量的電壓，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 轉換為電壓。根據 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度成正比。要注意，這是一個雙極電源電路。

　　雙極電源電路

　　接著對這個電路改進一下（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響應。這是一個演示電路，如果要獲得真正的高速性能，必須要使用高速運算放大器，例如ADA4817-1 或 OPA640，還可以使用 PIN 光電二極管。

　　演示電路

　　在下圖中，將光電二極管的陰極連接到 +12 伏電源。這會產生負電壓輸出。這是另一個雙極電源電路。

　　雙極電源電路

　　下圖是一個實驗電路，可以使用帶有 Arduino 的光電二極管讀取光強度。使用 7 伏電源時，最大電壓輸出為 5 伏。輸出 0-5 伏。

　　光電二極管放大電路