實例探討:如何精確放大器電路的光強度
發布時間:2015-03-21 責任編輯:sherryyu
【導讀】zailiyongguanglaikongzhiyigeguochengdeyingyongzhong,yaochangqibaochigongchangshedingdefaguangqiangduxuyaoyigekongzhidianlulaijiankongfaguangzhuangkuang,bingkongzhigonggeiguangfasheqijiandedianliuyibaochishuchuhengding,caiyongyigejiandandeyunsuanfangdaqidianlujiukeweixuduoyingyongtigongjingquedeguangqiangdu。jibianfaguangqijianlaohua,tongguotiaozhengLED電流,一個控製環也可維持恒定的光強度。
本文討論了該電路的一個實例:

圖1
隨著時間的推移,最初校準得很好的光源也會變差。隨著LED的老化,其電流-發fa光guang轉zhuan換huan比bi率lv會hui降jiang低di,發fa光guang強qiang度du也ye會hui變bian弱ruo。要yao長chang期qi保bao持chi工gong廠chang設she定ding的de發fa光guang強qiang度du需xu要yao一yi個ge控kong製zhi電dian路lu來lai監jian控kong發fa光guang狀zhuang況kuang,並bing控kong製zhi供gong給gei光guang發fa射she器qi件jian的de電dian流liu以yi保bao持chi輸shu出chu恒heng定ding。這zhe種zhong配pei置zhi適shi合he以yi下xia應ying用yong:用於精確光強度測量的光強度測定應用、針對伺服係統精確光定位的控製應用,以及光參考測試設備等。
光電二極管特性
光電二極管(Photo-Diode)和普通二極管一樣,也是由一個PN結jie組zu成cheng的de半ban導dao體ti器qi件jian,也ye具ju有you單dan方fang向xiang導dao電dian特te性xing。但dan在zai電dian路lu中zhong它ta不bu是shi作zuo整zheng流liu元yuan件jian,而er是shi把ba光guang信xin號hao轉zhuan換huan成cheng電dian信xin號hao的de光guang電dian傳chuan感gan器qi件jian。普pu通tong二er極ji管guan在zai反fan向xiang電dian壓ya作zuo用yong時shi處chu於yu截jie止zhi狀zhuang態tai,隻zhi能neng流liu過guo微wei弱ruo的de反fan向xiang電dian流liu,光guang電dian二er極ji管guan在zai設she計ji和he製zhi作zuo時shi盡jin量liang使shiPN結的麵積相對較大,以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用下工作的,沒有光照時,反向電流極其微弱,叫暗電流;有(you)光(guang)照(zhao)時(shi),反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)迅(xun)速(su)增(zeng)大(da)到(dao)幾(ji)十(shi)微(wei)安(an),稱(cheng)為(wei)光(guang)電(dian)流(liu)。光(guang)的(de)強(qiang)度(du)越(yue)大(da),反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)也(ye)越(yue)大(da)。光(guang)的(de)變(bian)化(hua)引(yin)起(qi)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua),這(zhe)就(jiu)可(ke)以(yi)把(ba)光(guang)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao),成(cheng)為(wei)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)件(jian)。
矽光電二極管跟PN結二極管的結構類似,隻不過前者的P層有點薄。Pcenghoudukejinxingtiaozhengyishiguangdebochangnengbeijiancedao。genqitaerjiguanyiyang,guangdianerjiguanyeyoudianrong,dianrongdaxiaoyujiazaiqishangdefanpianyachengzhengbi,dianxingzhifanweiwei2-20pF。光電二極管有正極和負極,可工作於正向模式(電流從正極流向負極)或反向模式(電流從負極流向正極)。當光電二極管工作於反向模式(正極為負)時,在某一給定頻率上其發光線性特別好,這在設計控製電路時尤其有用。
原型設計

圖2
在圖2中,一個原型電路用於分析帶運算放大器的控製環。該電路驅動一個PNP晶體管,晶體管再給LED提供電流來產生光源。LED所發出的部分光會照到光電二極管上,再轉換成很小的電流,一般隻有10μA左右。

圖3
圖3給出了該電路的一個實例,它采用國家半導體公司的LMV2011精密運算放大器。參考電壓由該公司的LM4041-1.2器件產生,它提供固定的1.225V參考電壓,該器件的電流設定為約10mA,正處於其工作範圍的中間。VBIAS由兩個精度為1%的電阻產生,電壓值設定為約1V。VREF和VBIAS之間的差值除以RG,就可得出控製環封閉的光電二極管電流。要注意的是,VBIAS須小於VREF,否則電路不能工作。如果光電二極管電流為10mA,那麼RG應該為0.2×10E-6或20.0k。
采用一個4.7k的電阻來限製PN200APNP晶體管基極電流,該電阻將電流限定在1mA左右。該晶體管的(值約為100,因此它所提供的最大電流約為 100mA,這已經超出小型SOT-23封裝的散熱範圍。為防止晶體管的過高熱量,將一個限流電阻與LED或huo激ji光guang二er極ji管guan串chuan聯lian,使shi該gai二er極ji管guan達da到dao最zui大da工gong作zuo負fu荷he,從cong而er限xian定ding晶jing體ti管guan集ji電dian極ji的de電dian流liu。如ru果guo需xu要yao更geng大da的de電dian流liu,則ze須xu選xuan用yong集ji電dian極ji電dian流liu大da的de晶jing體ti管guan,而er且qie要yao采cai用yongSOT-223等較大的封裝。為了限定電路帶寬以維持穩定性,選用一個15pF的電容與光電二極管電容並聯(在1.2VBIAS時其電容大小也約為15pF),從而將放大器的工作頻率限定在250kHz左右。
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