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】在(zai)利(li)用(yong)光(guang)來(lai)控(kong)製(zhi)一(yi)個(ge)過(guo)程(cheng)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong),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),采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)就(jiu)可(ke)為(wei)許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)精(jing)確(que)的(de)光(guang)強(qiang)度(du)。即(ji)便(bian)發(fa)光(guang)器(qi)件(jian)老(lao)化(hua),通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)LED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-faguangzhuanhuanbilvhuijiangdi,faguangqiangduyehuibianruo。yaochangqibaochigongchangshedingdefaguangqiangduxuyaoyigekongzhidianlulaijiankongfaguangzhuangkuang,bingkongzhigonggeiguangfasheqijiandedianliuyibaochishuchuhengding。zhezhongpeizhishiheyixiayingyong: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PNjiezuchengdebandaotiqijian,yejuyoudanfangxiangdaodiantexing。danzaidianluzhongtabushizuozhengliuyuanjian,ershibaguangxinhaozhuanhuanchengdianxinhaodeguangdianchuanganqijian。putongerjiguanzaifanxiangdianyazuoyongshichuyujiezhizhuangtai,zhinengliuguoweiruodefanxiangdianliu,guangdianerjiguanzaishejihezhizuoshijinliangshiPN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。P層(ceng)厚(hou)度(du)可(ke)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)以(yi)使(shi)光(guang)的(de)波(bo)長(chang)能(neng)被(bei)檢(jian)測(ce)到(dao)。跟(gen)其(qi)它(ta)二(er)極(ji)管(guan)一(yi)樣(yang),光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)也(ye)有(you)電(dian)容(rong),電(dian)容(rong)大(da)小(xiao)與(yu)加(jia)在(zai)其(qi)上(shang)的(de)反(fan)偏(pian)壓(ya)成(cheng)正(zheng)比(bi),典(dian)型(xing)值(zhi)範(fan)圍(wei)為(wei)2-20pF。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(yong)SOT-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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