цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Советы по разработке схем с использованием усилителей фотодиодов


Советы по разработке схем с использованием усилителей фотодиодов

Автор: Mike(admin) от 27-01-2021, 03:35

В этой статье рассматриваются важные детали, связанные с конструкцией трансимпедансных усилителей для систем на основе фотодиодов.


Советы по разработке схем с использованием усилителей фотодиодов

Стандартный метод усиления тока очень малой амплитуды, генерируемого фотодиодом, заключается в использовании этого тока в качестве входного сигнала для трансимпедансного усилителя на основе операционного усилителя. На следующей схеме показан пример фотодиода, подключенного к трансимпедансному усилителю. Фотодиод имеет нулевое смещение напряжения, что означает, что фотодиод работает в фотоэлектрическом режиме.


Советы по разработке схем с использованием усилителей фотодиодов

В схеме, показанной выше, только резистор (RF) обеспечивает усиление. Назначение конденсатора (CF) состоит в том, чтобы избежать проблем, связанных с колебаниями, за счет компенсации внутренней емкости перехода фотодиода, которая создает полюс в цепи обратной связи. Конденсатор CF компенсирует, создавая ноль в цепи обратной связи.


Колебания – это реальная проблема фотодиодных схем. Верно, что внутренняя частотная компенсация обычно защищает операционные усилители от нестабильности, но трансимпедансные усилители фотодиодов могут генерировать колебания, даже когда вы используете операционный усилитель с внутренней компенсацией.


В некоторых ситуациях вам может потребоваться использовать фотодиод для записи сигнала, создаваемого определенным типом кратковременного оптического или теплового события. Вы можете использовать связь по переменному току, чтобы устранить влияние окружающего излучения и, таким образом, позволить системе обнаруживать только кратковременное освещение, но потенциал заднего фронта сигнала может быть ниже потенциала земли.


Это может быть проблематично в системе с однополярным питанием: если отрицательный источник питания операционного усилителя заземлен, часть сигнала, выходящая ниже 0 В, будет обрезана. Вы можете исправить это, подав небольшое напряжение постоянного тока, назовем его VOFFSET, на неинвертирующий входной канал операционного усилителя. Напряжение VOFFSET станет выходным уровнем, создаваемым усилителем при отсутствии входного сигнала. Задний фронт сигнала может быть ниже этого напряжения, и после переходного процесса усиленный выходной сигнал в конечном итоге вернется к VOFFSET.


Советы по разработке схем с использованием усилителей фотодиодов

В этом примере мы используем резистивный делитель для создания подходящего напряжения смещения. Параллельный конденсатор помогает подавить высокочастотный шум, исходящий от источника питания. Ваш выбор напряжения смещения будет зависеть от приложения. Вы не хотите сделать VOFFSET больше, чем необходимо: если смещение составляет 500 мВ, но ваши входные сигналы никогда не распространяются более чем на 200 мВ ниже потенциала земли, вы потеряете 300 мВ размаха сигнала, который может потребоваться для положительной части формы сигнала.


Помните, что напряжение, приложенное к неинвертирующей входной линии, благодаря виртуальному короткому замыканию также появится на инвертирующей входной линии. Это означает, что положительное напряжение смещения вызовет обратное смещение фотодиода.


Даже если вы не полны решимости сохранять нижнюю часть сигнала, вам следует рассмотреть возможность включения небольшого (возможно, 100 мВ) напряжения смещения, если вы разрабатываете систему с одним источником питания, поскольку это предотвращает насыщение операционного усилителя на отрицательной шине. Насыщение не является катастрофическим, но операционные усилители (в отличие от компараторов) не оптимизированы для создания выходных напряжений на шинах питания. Операционному усилителю с насыщением нужно время, чтобы выйти из состояния насыщения; таким образом, трансимпедансный усилитель, который насыщен на отрицательной шине, будет демонстрировать некоторую задержку при реакции на входной сигнал.


Мы более подробно рассмотрели работу трансимпедансных усилителей для фотодиодов, при этом обсуждались вопросы стабильности, смещения постоянного тока для сохранения формы сигнала и смещения постоянного тока для предотвращения насыщения операционного усилителя. О трансимпедансных усилителях для фотодиодов можно сказать гораздо больше, и мы продолжим эту тему в следующей статье.




© digitrode.ru


Теги: фотодиод, трансимпедансный усилитель




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий