光电转换电路设计方案(二)
光电转换电路的形式
电二极管输出的是电流信号,而处理电路(如A/D)通常需要电压信号,因此在光电二极管的输出端通常使用运算放大器组成I—V(eurrent—to—voltage)转换电路,该电路的简化模型见图1。
光电二极管输出的电流直接在放大器的反馈电阻上形成压降,等于放大器输出端的输出电压,计算公式为
Vo=IscR(1)
根据电路的特点,可以给出运算放大器的选择标准:由于光电二极管输出电流通常比较低,因此运放的偏置电流应该尽量小,同时运放应该具有低输入电容和低失调电压温漂的特性。当然由于输出电压通常校小,为了降低噪声的干扰,还应该选择低噪声参数的运放。一般,FET型输入的运算放大器具有上述的特性。另外在选择运放时,还要注意的就是增益带宽需要满足信号频率的要求。
电路带宽和噪声分析
实际当中使用的电路形式通常如图2所示,C1光电二极管端电容和运放的输入电容之和,在反馈回路中补偿电容c2为了消除R2c1在传输函数中形成的零点而引入的,从而使整个电路工作在稳定状态。
C限制了信号带宽,当C变大时,相位裕量相应增加,但相应的信号带宽将下降。得到c的同时,也可以得到信号的低通截止频率,即允许的信号带宽。根据图2的电路图可以得到噪声计算模型,如图3所示。
设计实例
在实际工作中,需要检测血球高速流过670nm激光束时发生的散射信号,这个信号频率在300kHz~MHz之间。根据实际的光强和信号频率可以选择滨松公司的光电二极管$5821,其参数指标如表1所示。
根据信号带宽和光电二极管的暗电流指标,FET型输入的运算放大器可以选择AD公司的AD823,该运放的关键技术指标如下:
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