光電二極管

硅光電二極管的結(jié)構(gòu)除P層非常薄外其他與PN結(jié)二極管類似。調(diào)節(jié)P層厚度適合于所檢測的光波長。光電二極管也具有電容，電容與所加反向偏置電壓成正比，其電型值為2~20pF。光電二極管有兩個端：陽極和陰極。二極管可用在正向模式(電流從陽極流向陰極)或反向模式(電流從陰極流向陽極)。當所用光電二極管處于反向模式(陽極負)時，它與給定頻率的光照是嚴格線性關(guān)系，這是有利的特性。線性特性使得建造控制電路變得相當容易。

典型設(shè)計

圖2示出采用運放的電路，用于分析控制環(huán)路。此電路驅(qū)動1個PNP晶體管，此晶體管為產(chǎn)生光發(fā)射的LED提供電流。光發(fā)射照射到光電二極管，光電二極管把光發(fā)射轉(zhuǎn)換為非常小的電流(通常為10mA)。在這種情況下，二極管用在反向模式，所以在無光呈現(xiàn)時，電流為零，但是光電二極管和放大器中的漏電流(也稱之為“暗電流”)是過載。此條件牽引由晶體管基極電阻所限制的電流，開始時晶體管處于飽和狀態(tài)。一旦電流開始流經(jīng)晶體管，則LED或激光二極管將開始發(fā)射光。光電二極管把此部分光轉(zhuǎn)換為電流，流經(jīng)RG。隨著電壓趨于VBIAS(在圖2中為地)，環(huán)路將閉合并保持驅(qū)動晶體管的電流來維持LED中的電流以保持恒定光強度(或光電二極管中的電流)。此構(gòu)成電路DC分析的基礎(chǔ)。圖3為用NS公司LMV2011精密運放實際實現(xiàn)電路。用NS的LM4041-1.2并聯(lián)基準產(chǎn)生基準電壓，提供固定的1.225V基準電壓。設(shè)置基準中的電流在10mA左右，這是工作電流的中間值。由兩個1%精度電阻器產(chǎn)生VBIAS，其值設(shè)置在1V左右。為了計算閉合控制環(huán)路中的光電二極管電流，VREF和VBIAS之差除RG。注意，為了此電路工作，VBIAS必須小于VREF。對于10mA光電二極管電流，RG為0.2×10E-6或 20.0KΩ。4.7KΩ電阻器限制PN200A PNP晶體管基極電流，設(shè)置在1mA左右。晶體管b值為100左右，所以晶體管可提供的最大電流為100mA左右，這超過了微型SOT-23封裝的熱耗。為了避免晶體管的熱擊穿，用與LED或激光二極管串聯(lián)的電阻器限制晶體管集電極電流。若需要更大電流，則具有較大集電極電流的晶體管應(yīng)該用較大的封裝(如SOT-223)。為限制電路帶寬以保持穩(wěn)定性，用與光電二極管并聯(lián)的15pF電容器使放大器滾降頻率在250KHz左右。

結(jié)語

用1個簡單的運放電路可以相當容易地產(chǎn)生不同應(yīng)用所需的精確光強度。如本文所述，甚至隨著光發(fā)射器的老化，通過調(diào)節(jié)流經(jīng)LED的電流，其控制環(huán)路仍將保持恒定電平。