光电二极管放大电路的应用
时间：2022-09-09 09:00:00
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。
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
