Описание
Фотодиоды являются одним из наиболее часто используемых типов датчиков во многих оптических измерениях. Такие приложения, как абсорбция и спектроскопия выбросов, измерение цвета, мутность, обнаружение газа и т. Д., зависят от фотодиодов для точного оптического измерения. Фотодод производит ток, который пропорционально количеству света, которое происходит на активной местности. Усилители Transimpedance необходимы для большинства применений измерения для преобразования фотододового тока в выходное напряжение. На рисунке 1 показана схема цепи.
Рис. 1 Простая схема усилителя трансимпеданса
Фотодод этой цепи работает в фотогальваническом режиме, где оп-усилитель поддерживает напряжение 0 В через фотододод. Это наиболее распространенные конфигурации для применений точности. Кривая напряжения-тока фотодода очень аналогична обычному диоду, но вся кривая первого смещается вверх или вниз по мере изменения уровня света. На рис. 2а показана типичная функция передачи фотодода. Рис. 2b-это увеличенный график функции передачи, показывающий, что фотодод выводит небольшое количество тока даже при отсутствии света. Этот темный ток поднимается по мере увеличения обратного напряжения на фотодододе. Большинство производителей придают темному току фотодода с обратным напряжением 10 мВ.
Рис. 2 типичная функция передачи фотодода
После того, как свет облучен на активной площади фотодода, ток течет от катода до анода. В идеале все фотодиод скачков напряжения и питания поток через отзывы резистор на рисунке 1, создавая отзывы напряжения равен токов фотодиодов умножить на отзывы резистор. Схема проста в основном, но некоторые проблемы должны быть решены, если система имеет лучшую производительность.
DC соображений
Первая проблема заключается в выборе усилителя оп, который отвечает требованиям приложения спецификации постоянного тока. Для большинства приложений низкое входное напряжение сдвига является наиболее важным спецификацией. Есть входное напряжение сдвига на выходе усилителя, что увеличивает общую погрешность системы; в фотодиодных усилителях он также производит другие ошибки. Есть входное напряжение сдвига на фотодиод, которая производит более темный ток, что обеспечивает дополнительное увеличение система смещения вследствие измерений вручную. Исходное смещение постоянного тока устраняет калибровка программного обеспечения, соединение переменного тока или оба, но большие ошибки смещения уменьшают динамический диапазон системы. К сожалению, входное напряжение сдвига находится в диапазоне несколько сот мв или даже десятков мВ, и доступно большое количество рабочих усилителей. Вторая наиболее важная Спецификация постоянного тока-ток утечки на входе в операционном усилителе. Погрешности измерения возникают, когда ток входит в вход P amp или входит в любом месте, кроме резистора отзывы. Операционный усилитель с нулевым смещением тока нет, но некоторые CMOS или входной полевой транзистор JFET Операционные усилители очень близки к этому значению. Ток входного смещения на вход полевого транзистора усилителем поднимается в геометрической степени с повышением температуры. Многие операционные усилители доступны при 85 °C или 125 °C; но если не указано, то хорошее приближение-это то, что на каждые десять градусов повышения температуры, ток удваивает.
Другая проблема заключается в том, чтобы дизайн цепи и макет его, чтобы свести к минимуму внешний ток утечки путь-ток утечки могут повлиять на производительность Низкое напряжение входного тока смещения Операционные усилители. Наиболее распространенный путь внешнего утечки-это печатная плата. Например, на рисунке 3 показан один возможный макет фотодиодного усилителя на рисунке 1. Розовый Трассировка показывает рельс + 5 В, который подает усилитель и обеспечивает питание до остальной части платы. Если Сопротивление между + 5 V трассировкой и следом, несущим фотодиодный ток равен 5G (указанный RL на рис. 3), затем 1 nA будет поток от + 5 V следа к усилителю. Конечно, это не соответствует цели тщательного выбора 1 pA op amp в приложении. Один из способов минимизировать внешнюю утечку тока-увеличить сопротивление между следами, несущими фотодитный ток и любые другие следы. Это может быть так же удобно, как добавление большой зоны пропускания трассы вокруг трассы, чтобы увеличить расстояние от других следов. В некоторых экстремальных применениях, некоторые инженеры отменят следы PCB, разоблачают фотододистые провода к воздуху и подключаются непосредственно к входным контактам op amp.
Рис. 3 фотодиодная компоновка с утечкой по току
Другой способ предотвратить внешнюю утечку тока заключается в том, чтобы разместить охранную трассировку рядом с трассой, несущей фотодиодный ток и обеспечить, чтобы оба следа приводились к тому же напряжению. На диаграмме 4 защита следов вокруг сети для переноски фотодиода в настоящее время. Ток утечки, генерируемый трассировкой + 5 В, затем проходит через RL в защитную трассу, а не в усилитель. В этой схеме, напряжение разница между защитой следа и входного следа относится только к операционный усилитель для входное напряжение сдвига, который является еще одна причина, по которой Низкий входной сигнал офсетная усилитель напряжения выбирается.
Рис. 4 Использование защитных следов для уменьшения внешнего тока утечки
'
Комплементарные товары
