Описание
Фотодод является одним из наиболее часто используемых типов датчиков во многих оптических измерениях. Такие виды применения, как поглощение и спектры излучения, цветовые измерения, мутность и Обнаружение газа, зависят от фотодиодов для точного оптического измерения. Фотодиоды генерируют электрический ток, пропорциональный количеству света, достигающего активного региона. Для большинства применений измерения требуется усилитель сопротивления для преобразования фотодододного тока в выходное напряжение.
На рисунке 1 показана схема цепи.
Рис. 1 Простая схема усилителя сопротивления
Фотодиод цепи работает в фотогальваническом режиме, где операционный усилитель поддерживает напряжение 0 В на фотодиоде. Это самая распространенная Конфигурация в прецизионных применениях. Кривая напряжения и тока фотодиодов очень отличается от обычных диодов, но по мере изменения уровня света вся кривая фотододидов смещается вверх или вниз. На рис. 2а показана типичная функция передачи фотодода. Рис. 2b-это увеличенная версия функции передачи, показывающая, что фотодиоды выводят небольшое количество тока даже при отсутствии света. Этот темный ток увеличивается по мере увеличения обратного напряжения на фотодододе. Большинство производителей придают темному току фотодода при обратном напряжении 10 мВ.
Рис. 2. Типичная функция передачи фотодода
Когда свет наносит удары по активному диапазону фотодода, ток течёт от катода до анода. В идеале все фотодиод ток течет через отзывы резистор на рисунке 1, создавая значение равно токов фотодиодов раз отзывы напряжение отзывы резистор. Схема проста в основном, но некоторые проблемы должны быть решены, если система должна работать оптимально.
DC рассмотрения
Первая проблема-выбрать операционный усилитель, необходимый для соответствия спецификации постоянного тока. Для большинства приложений низкое входное напряжение сдвига является наиболее важным спецификацией. Входное неправильное напряжение на выходном конце усилителя увеличит общую погрешность системы. В фотоусилителях он также производит другие ошибки. Есть Входное неправильное напряжение на фотодододе, который генерирует более темный ток и еще больше увеличивает неправильную погрешность системы. Первоначальное искажение постоянного тока устраняет калибровка программного обеспечения, соединение переменного тока-или оба-но большие ошибки неправильного выравнивания могут сузить динамический диапазон системы. К сожалению, с входом неправильного напряжения в сотнях или даже десятках ММВ диапазона, есть много рабочих усилителей на выбор. Вторая наиболее важная Спецификация постоянного тока-ток утечки на входе операционного усилителя. Погрешности измерения возникают, когда ток входит в входной конец операционного усилителя, или где-либо, кроме сопротивления отзывы. Нет рабочих усилителей с нулевым входным смещением тока, но некоторые CMOS или входной полевой транзистор JFET Операционные усилители очень близки к этому значению. Ток входного смещения на вход полевого транзистора, увеличивающийся в геометрической степени с температурой. Многие операционные усилители доступны при 85 °C или 125 °C. Но если нет, то лучше приблизиться к тому, что ток удваивает на каждые десять градусов повышение температуры.
Другой проблемой является разработка и компоновка цепи, чтобы минимизировать внешний путь утечки тока, который может повлиять на производительность низких входных токов смещения. Наиболее распространенный путь внешнего слива-это печатная плата. Например, на рисунке 3 показана возможная компоновка фотодиодного усилителя на рисунке 1. розовая проводка представляет шинопровод электропитания + 5 В, который обеспечивает питание усилителя и передает питание остальной части платы. Если Сопротивление между проводкой + 5 В и проводкой, несущей фотодиодный ток равен 5 г (показано на рис. 3 как RL), затем 1 nA ток будет течь от + 5 v проводки в усилитель. Конечно, это не соответствует цели тщательного выбора операционного усилителя 1 ПА в приложении. Одним из способов минимизировать путь внешнего сливного тока является увеличение сопротивления между проводником, несущим фотодиодный ток и любой другой проводник. Это может быть так же удобно, как добавление большой зоны отчуждения трассы вокруг дорожки, чтобы увеличить расстояние от других дорожек. В некоторых экстремальных применениях инженеры полностью отменяют проводку печатной платы, разоблачая фотододод, приводит к воздуху и соединяет их непосредственно с входными штырьками op amp.
Фотодиодная компоновка с течением утечки
Другой способ предотвратить внешнюю утечку-разместить защитный кабель рядом с тем, который несет фотодитный ток, и обеспечить, чтобы оба кабеля приводились к одинаковому напряжению. На рисунке 4 показана Защитная проводка вокруг сети с фотододитным током. Ток утечки, генерируемый проводкой + 5 В, затем переходит в защитную проводку через RL, а не в усилитель. В этой схеме, напряжение разница между защита от короткого замыкания и входной канал относится только к вход неправильно выровненными напряжение операционный усилитель -- которая является одним из причины, почему вы должны выбрать Низкий входной сигнал неправильно выровненными усилитель напряжения.
Используйте Защитную проводку для уменьшения внешнего тока утечки
Сопутствующие товары
