光電二極管工作時采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光導(dǎo)）模式。光伏模式可獲得最精確的線性運算，而讓二極管工作在光導(dǎo)模式可實現(xiàn)更高的開關(guān)速度，但代價是降低線性度。在反向偏置條件下，存在少量的電流（稱為暗電流），它們甚至在沒有光照度的情況下也會流動。可在運算放大器的同相輸入端使用第二個同類光電二極管消除暗電流誤差，如圖4所示。

圖4. 具有暗電流補償功能的光電二極管前置放大器系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　本電路還適合其它應(yīng)用，如模擬光隔離器。它還能滿足需要更高帶寬和更低分辨率的應(yīng)用，如自適應(yīng)速度控制系統(tǒng)。

　　本電路筆記討論圖4中所示電路的優(yōu)化設(shè)計步驟，以滿足特定帶寬應(yīng)用的要求，這些步驟包括：穩(wěn)定性計算、噪聲分析和器件選擇考慮因素。

　　光電二極管屬于高阻抗傳感器，用于檢測光的強度。它沒有內(nèi)部增益，但相比其它光檢測器，可在更高的光級度下工作。

　　有三個因素影響光電二極管的響應(yīng)時間：

　　處于光電二極管耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　處于光電二極管未耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　二極管電路組合的RC時間常數(shù)

　　由于結(jié)電容取決于光電二極管的擴散區(qū)以及施加的反向偏置，采用擴散區(qū)較小的光電 二極管并施加較大的反向偏置即可獲得更快的上升時間。在 CN-0272電路筆記中，采用 SFH 2701 PIN光電二極管，其結(jié)電容典型值為3 pF，0 V偏置下的最大值為5 pF.1 V反向偏置時的典型電容為2 pF，5 V 反向偏置時為1.7 pF.本電路的測量均在5 V反向偏置下進行。

圖5? 光電二極管電路的噪聲電路分析

　　該軟件環(huán)境提供了光電二極管的 LabVIEW跨導(dǎo)模型，允許根據(jù)設(shè)計示例中使用的具體光電二極管進行定制（圖 5a）。必須先運行仿真，再構(gòu)建任何板卡。由于噪聲增益路徑（圖 5b）中引入了零點，所以可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定。MultiSim 仿真說明了噪聲增益路徑中引入零點造成的不 穩(wěn)定（圖 5b）。改變反饋電阻上的電容會影響可用的帶寬（圖 5c）。

　　如上文所述，必須在反饋電阻上放置 2 pF 電容來引入一個極點，從而取消此零點。 2 pF 反饋電容是理論值。 可以分析不同值對設(shè)計電路可用帶寬的影響（圖 5c）。還可以通過監(jiān)控輸出來校驗電路帶寬，其?3 dB 帶寬為 1 kHz。

　　編輯點評：本文介紹分析了光電二極管的原理及信號調(diào)理電路圖，光電二極管產(chǎn)生一個與照明度成比例的微弱電流。而前置放大器將光電二極管傳感器的電流輸出信號轉(zhuǎn)換為一個可用的電壓信號。可用于CT掃描儀、血液分析儀、煙霧檢測器、位置傳感器、紅外高溫計和色譜分析儀等系統(tǒng)中。
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