精品光电二极管检测电路的组成及工作原理.docx
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2021-12-18
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【精品】光电二极管检测电路的组成及工作原理
光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精
密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于 CT
扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统
中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大
器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用
一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,
但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源
电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。
本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨
电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个 SPICE 模拟程序,它会很形
象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步
(本文未作讨论)是制作实验模拟板。
1 光检测电路的基本组成和工作原理
设计一个精密的光检测电路最常用的方法
是将一个光电二极管跨接在一个 CMOS 输入
放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种
方式的单电源电路示于图 1 中。
在该电路中,光电二极管工作于光致电压
(零偏置)方式。光电二极管上的入射光使之
图 1 单电源光电二极管产生的电流 I 从负极流至正极,如图中所示。SC
检测电路 由于 CMOS 放大器反相输入端的输入阻抗非
常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻 R。F
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