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單片機(jī)開(kāi)發(fā)光電二極管放大器的設(shè)計(jì)技巧
如何放大光電二極管信號(hào)
放大由光電二極管產(chǎn)生的極低幅度電流的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用該電流作為基于運(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；光電二極管的電壓偏置為零，這意味著光電二極管以光伏模式工作。
圖1.連接至跨阻放大器的光電二極管
保持光電二極管電路的穩(wěn)定性
在上面顯示的電路中，只有電阻器（R F）提供增益。電容器（C F）的目的是通過(guò)補(bǔ)償光電二極管的內(nèi)部結(jié)電容來(lái)避免振蕩問(wèn)題，該內(nèi)部結(jié)電容會(huì)在反饋網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生一個(gè)極點(diǎn)。C F通過(guò)在反饋網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建零來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。
振蕩是光電二極管電路的一個(gè)非常實(shí)際的問(wèn)題。的確，內(nèi)部頻率補(bǔ)償通常可以保護(hù)運(yùn)放的穩(wěn)定性，但是即使使用內(nèi)部補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)放，光電二極管TIA也會(huì)振蕩。
合并直流偏移
在某些情況下，您可能希望使用光電二極管記錄由特定類(lèi)型的短時(shí)光學(xué)或熱事件產(chǎn)生的波形。您可以使用交流耦合來(lái)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，但是波形的下降沿可能會(huì)延伸到地面以下。
在單電源系統(tǒng)中，這可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題：如果運(yùn)算放大器的負(fù)電源接地，則超過(guò)0 V的波形部分將被削波。
您可以通過(guò)在運(yùn)算放大器的同相輸入端子上施加一個(gè)小的直流電壓（稱(chēng)為V OFFSET）來(lái)解決此問(wèn)題。在沒(méi)有輸入信號(hào)的情況下，V OFFSET將變?yōu)榉糯笃鳟a(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，放大后的輸出最終將返回到V OFFSET。
圖2. 與圖1相同的連接到跨阻放大器的光電二極管，但具有直流偏移。
在此示例中，我使用電阻分壓器來(lái)生成合適的偏移電壓。并聯(lián)電容器有助于抑制源自電源的高頻噪聲。
您選擇的失調(diào)電壓將取決于應(yīng)用。您不希望使V OFFSET大于所需的值：如果偏移為500 mV，但您的輸入波形從未延伸到比地面高200 mV以下，則您損失了300 mV的正擺幅信號(hào)擺幅波形
請(qǐng)記住，由于虛擬短路，施加在同相輸入端子上的電壓也會(huì)出現(xiàn)在反相輸入端子上。這意味著正偏移電壓將導(dǎo)致光電二極管具有反向偏置。
即使您不確定要保留波形的地下部分，但在設(shè)計(jì)單電源系統(tǒng)時(shí)，也應(yīng)考慮包括一個(gè)小的（也許為100 mV）失調(diào)電壓，因?yàn)檫@會(huì)阻止運(yùn)算放大器在負(fù)軌處飽和。
飽和并不是災(zāi)難性的，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)生輸出電壓進(jìn)行優(yōu)化。飽和的運(yùn)算放大器需要一些時(shí)間才能達(dá)到飽和狀態(tài)。因此，當(dāng)響應(yīng)輸入信號(hào)時(shí)，在負(fù)電源軌上飽和的TIA將顯示一些延遲。