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光电二极管放大电路的应用

光电二极管放大电路的应用

光电二极管(PhotoDiode)简称PD

原理

光生电流,使二极管阳极为零,可输出Uo= I‘ * Rf(如图1所示)根据运输电流虚断,电压虚短,得到U-=0V,I’ =I,I为PD光产生的电流。因此,输出电压为Rf和电流I的乘积。 在这里插入图片描述

技术问题:

直流

1、失调电压

运放和PD失调电压本身会导致系统失调误差 解决方案:软件校准或交流耦合或两者兼用,消除初始直流失调。

2、漏电流

电流进入反馈电阻以外的其他地方,如输入端,会导致测量误差。(不存在零输入偏置电流) 解决方案:尽量通过输入偏置电流小的输入选择

3、压降电流

如图2所示,在电源和R1的输入端会有电位差,将其间隔视为电阻RL,会有一个方向R输入电流,这样在计算输出电压时,注入电流的误差就会增加。 图2 解决:在layout注意电源线与跨组之间的线距。

交流

1.信号带宽(也称闭环带宽)

分析:闭环带宽取决于开环带宽,增益电阻和总输入电阻PD有几PF到几KPF在输入端添加电容会使其不稳定,因此应在负反馈电阻上添加电容进行补偿。 式1 在式1中,F45为闭环带宽。 fU 是放大器的单位增益频率。 RF 是反馈电阻。 CIN 输入电容器,包括二极管电容器和电路板上的所有其他寄生电容器。 CM 共模电容大器的共模电容器。 CD 是操作放大器的差分电容。 假设应用中的光电二极管电容为15 pF而跨阻增益为1 M,为获得1M信号带宽,放大器的增益频率fu等于式2 式2 从式2可以看出,如果要提高信号带宽,可以降低Rf,C或者提高fu。

2.系统噪声(放大器输入电压噪声和反馈电阻约翰逊噪声)

分析:

2.1.反馈电阻:反馈电阻的噪声出现在输出端,没有额外的放大效应。如果增加电阻值以放大光电二极管的电流,增益电阻引起的噪声只会增加电阻值增加的平方根。事实上,这意味着光电二极管放大器的增益越大,效益越大,因为如果使用第二个放大器级,噪声会随着增益的增加而线性增加(但会影响闭环带宽) 2.2.输入电压噪声 因为:输入噪声*噪声增益=输出噪声 在某些频率下,输出噪声会增加,在某些频率范围内,噪声峰值大于闭环截止频率。图3显示了不同频率下噪声增益和信号增益的曲线图 图3:噪声增益和信号增益

低通滤波器可用于过滤,因为不能使用带宽。设计电路如图4所示。 图4:低通滤波器放大电路 以上即为PD放大电路设计理念。

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