放大光電二極管產(chǎn)生的極低幅度電流的標準方法是使用該電流作為基于運算放大器的跨阻放大器 (TIA) 的輸入。下圖提供了連接到 TIA 的光電二極管的示例；光電二極管具有零偏壓，這意味著光電二極管工作在光伏模式。
圖 1.連接到跨阻放大器的光電二極管
保持光電二極管電路的穩(wěn)定性
在上面所示的電路中，只有電阻器 (R F ) 提供增益。電容器 (C F ) 的目的是通過補償光電二極管的內(nèi)部結電容來避免振蕩問題，這會在反饋網(wǎng)絡中產(chǎn)生一個極點。C F通過在反饋網(wǎng)絡中創(chuàng)建零來進行補償。
振蕩是光電二極管電路的一個非常現(xiàn)實的問題。確實，內(nèi)部頻率補償通常可以保護運算放大器實現(xiàn)免受不穩(wěn)定影響，但即使使用內(nèi)部補償運算放大器，光電二極管 TIA 也可能會振蕩。
您可以在我的負反饋系列的第 8 部分中了解有關光電二極管放大器穩(wěn)定性的更多信息，包括如何有效地確定補償電容器的大小。
合并 DC 偏移
在某些情況下，您可能需要使用光電二極管來記錄特定類型的短時光學或熱事件產(chǎn)生的波形。您可以使用交流耦合來消除環(huán)境輻射的影響，從而使系統(tǒng)僅檢測瞬態(tài)照明，但波形的下降沿可能會延伸到地電位以下。
這在單電源系統(tǒng)中可能會出現(xiàn)問題：如果運算放大器的負電源接地，則延伸到 0V 以下的波形部分將被削波。
您可以通過向運算放大器的非反相輸入端子施加一個小的直流電壓（稱為 V OFFSET ）來解決這個問題；V OFFSET將成為放大器在沒有輸入信號的情況下產(chǎn)生的輸出電平。波形的下降沿將能夠延伸到該電壓以下，并且在瞬態(tài)事件之后，放大的輸出終將返回到 V OFFSET。
圖 2. 連接到互阻抗放大器的相同光電二極管與圖 1 所示相同，但??具有直流偏移。
在此示例中，我使用電阻分壓器來生成合適的偏移電壓。并聯(lián)電容器有助于抑制源自電源的高頻噪聲。
您對失調(diào)電壓的選擇取決于應用。您不想使 V OFFSET大于必要的值：如果偏移量為 500 mV，但您的輸入波形從未延伸至地電位以下超過 200 mV，則您已經(jīng)損失了正部分可能需要的 300 mV 信號擺幅波形的。
請記住，由于虛擬短路，施加到同相輸入端子的電壓也會出現(xiàn)在反相輸入端子上。這意味著正偏移電壓將導致光電二極管產(chǎn)生反向偏置。光電二極管簡介的第 3 部分討論了反向偏壓對光電二極管工作的影響。
避免飽和
即使您不確定要保留波形的地下部分，如果您正在設計單電源系統(tǒng)，也應該考慮包括一個小的（可能是 100 mV）偏移電壓，因為它可以防止運算放大器在負軌飽和。
飽和并不是災難性的，但運算放大器（與比較器不同）并未針對在電源軌上產(chǎn)生輸出電壓進行優(yōu)化。飽和的運算放大器需要一些時間才能擺脫飽和狀態(tài)；因此，在負軌處飽和的 TIA 在響應輸入信號時會出現(xiàn)一些延遲。 |
