光電二極管原理及前置放大器電路解析 —電路圖天天讀（240）

　　在用于光檢測(cè)的固態(tài)檢波器中，光電二極管仍然是基本選擇。光電二極管廣泛用于光通信和醫(yī)療診斷。其他應(yīng)用包括色彩測(cè)量、信息處理、條形碼、相機(jī)曝光控制、電子束邊緣檢測(cè)、傳真、激光準(zhǔn)直、飛機(jī)著陸輔助和導(dǎo)彈制導(dǎo)。

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　　設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)優(yōu)化用于光電模式或光敏模式的光電二極管。響應(yīng)度是檢波器輸出與檢波器輸入的比率， 是光電二極管的關(guān)鍵參數(shù)。 其單位為 A/W 或 V/W。

　　前置放大器在高背景噪聲環(huán)境中提取傳感器生成的小信號(hào)。 光電導(dǎo)體的前置放大器有兩類：電壓模式和跨導(dǎo)（圖 2）。

　　圖 3c 所示的跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的精密線性傳感性能是通過“零偏壓”光電二極管實(shí)現(xiàn)的。在此配置中，光電二極管發(fā)現(xiàn)輸出間存在短路，按照公式 3 （Isc =Ilight），基本上不存在“暗”電流。

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　　光電二極管暴露在光線下且使用圖 2c 的電路時(shí)，電流將流到運(yùn)算放大器的反相節(jié)點(diǎn)，如圖 3 所示。若負(fù)載（RL）為 0 Ω且 VOUT = 0 V，則理論上光電二極管會(huì)出現(xiàn)短路。實(shí)際上，這兩種狀況都絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)。RL 等于 Rf/Aopen_loop_Gain，而 VOUT 是放大器反饋配置施加 的虛擬地。

　　圖 4所示電路是一個(gè)高速光電二極管信 號(hào)調(diào)理電路，具有暗電流補(bǔ)償功能。系統(tǒng)轉(zhuǎn)換來(lái)自高速硅PIN光電二極管的電流，并驅(qū)動(dòng)20 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入。該器件組合可提供400 nm至1050 nm的頻譜敏感度和49 nA的光電流敏感度、91 dB的動(dòng)態(tài)范圍以及2 MHz的帶寬。信號(hào)調(diào)理電路采用±5 V電源供電，功耗僅為40 mA，適合便攜式高速、高分辨率光強(qiáng)度應(yīng)用，如脈搏血氧儀。