光电二极管前置拓宽器电路图

2017-06-25 20:20分类：电子技术阅读：

光电二极管前置拓宽器电路图
光电二极管广泛用于光通讯和医疗确诊。别的运用包含颜色丈量、信息处理、条形码、相机曝光操控、电子束边际检查、传真、激光准直。

　　计划进程中，常常会优化用于光电办法或光敏办法的光电二极管。照应度是检波器输出与检波器输入的比率，是光电二极管的要害参数。其单位为 A/W 或 V/W。
　　前置拓宽器在高布景噪声环境中获取传感器生成的小信号。光电导体的前置拓宽器有两类：电压办法和跨导（图 2）。

　　图 3c 所示的跨导拓宽器构造发作的精细线性传感功用是经过“零偏压”光电二极管完毕的。在此配备中，光电二极管发现输出间存在短路，依照公式 3 （Isc =Ilight），根柢上不存在“暗”电流。

　　光电二极管显露在光线下且运用图 2c 的电路时，电流将流到运算拓宽器的反相节点，如图 3 所示。若负载（RL）为 0 Ω且 VOUT = 0 V，则理论上光电二极管会呈现短路。实习上，这两种状况都必定不会呈现。RL 等于 Rf/Aopen_loop_Gain，而 VOUT 是拓宽器反响配备施加的虚拟地。
　　图 4所示电路是一个高速光电二极管信号调度电路，具有暗电流抵偿功用。体系改换来自高速硅PIN光电二极管的电流，并驱动20 MSPS模数改换器（ADC）的输入。该器材组合可供应400 nm至1050 nm的频谱活络度和49 nA的光电流活络度、91 dB的动态计划以及2 MHz的带宽。信号调度电路选用±5 V电源供电，功耗仅为40 mA，适宜便携式高速、高分辩率光强度运用，如脉息血氧仪。
　　光电二极管作业时选用零偏置（光伏）办法或反向偏置（光导）办法。光伏办法可取得最准确的线性运算，而让二极管作业在光导办法可完毕更高的开关速度，但价值是下降线性度。在反向偏置条件下，存在少数的电流（称为暗电流），它们乃至在没有光照度的状况下也会活动。可在运算拓宽器的同相输入端运用第二个同类光电二极管消除暗电流差错，如图4所示。

　　图4. 具有暗电流抵偿功用的光电二极管前置拓宽器体系（原理暗示图：未闪现悉数联接和去耦）
　　本电路还适宜其它运用，如仿照光阻隔器。它还能满意需求更高带宽和更低分辩率的运用，如自习气速度操控体系。
　　本电路笔记谈论图4中所示电路的优化计划进程，以满意特定带宽运用的央求，这些进程包含：安稳性核算、噪声剖析和器材挑选思考要素。
　　光电二极管归于高阻抗传感器，用于检查光的强度。它没有内部增益，但比照其它光检查器，可在更高的光级度下作业。
　　有三个要素影响光电二极管的照应时刻：
　　处于光电二极管耗尽区域内载波的充电收集时刻
　　处于光电二极管未耗尽区域内载波的充电收集时刻
　　二极管电路组合的RC时刻常数
　　因为结电容取决于光电二极管的懈怠区以及施加的反向偏置，选用懈怠区较小的光电二极管并施加较大的反向偏置即可取得更快的上升时刻。在 CN-0272电路笔记中，选用 SFH 2701 PIN光电二极管，其结电容典型值为3 pF，0 V偏置下的最大值为5 pF.1 V反向偏置时的典型电容为2 pF，5 V 反向偏置时为1.7 pF.本电路的丈量均在5 V反向偏置下进行。

　　图5 光电二极管电路的噪声电路剖析
　　该软件环境供应了光电二极管的 LabVIEW跨导模型，容许依据计划示例中运用的详细光电二极管进行定制（图 5a）。有必要先作业仿真，再构建任何板卡。因为噪声增益途径（图 5b）中引进了零点，所以或许会呈现不安稳。MultiSim 仿真阐了解噪声增益途径中引进零点构成的不安稳（图 5b）。改动反响电阻上的电容会影响可用的带宽（图 5c）。
　　如上文所述，有必要在反响电阻上放置 2 pF 电容来引进一个极点，然后吊销此零点。 2 pF 反响电容是理论值。可以剖析纷歧样值对计划电路可用带宽的影响（图 5c）。还可以经过监控输出来校验电路带宽，其-3 dB 带宽为 1 kHz。
　　批改点评：这篇文章介绍剖析了光电二极管的原理及信号调度电路图，光电二极管发作一个与照明度成份额的纤细电流。而前置拓宽器将光电二极管传感器的电流输出信号改换为一个可用的电压信号。可用于CT扫描仪、血液剖析仪、烟雾检查器、方位传感器、红外高温计和色谱剖析仪等体系中。