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Word跨阻放大器的光伏模式和光電導模式跨阻(放大器)(Trans-imp(eda)nceamplifier,簡稱(TI)A),主要應用(電流)轉(zhuǎn)電壓的場合,常與(光電)(二極管)配合使用,來(檢測)微弱的光電(信號)。

為什么是跨阻放大器?

如果輸入光的光功率在幾百微瓦量級,假設光電探測器的響應度為0.8A/W,經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后,光電流的大小只有幾百微安(倘若考慮光到探測器之間其它的光路損耗,甚至可能僅有幾十微安或更低)。普通(運算放大器)的噪聲、失調(diào)電流電壓等就可能將如此小的電流信號淹沒掉了,這樣放大的基本上都是噪聲了。所以必須進行濾波和誤差補償,以確保被放大的信號包含較少的噪聲,跨阻放大器就是起到了這個作用。

光電探測器與跨阻放大器結合可以分兩種情況:光伏模式和光電導模式。

光伏模式

由于運放的同相輸入端接地,Vin+和探測器二極管的正極都等于0V;由于虛短,運算放大器的同相輸入端Vin+和反相輸入端Vin-相等,因此,理論上探測器二極管兩端的電壓為0V。由于虛斷,運放的同相輸入端Vin+和反相輸入端Vin-之間通過的電流為0A,那么探測器二極管的光生電流I完全流經(jīng)(Rf),那么此時放大器的輸出電壓為

Rf稱為跨阻抗增益(電阻器)或反饋電阻器。

理論上,在零偏壓下,二極管不會產(chǎn)生暗電流,此時線性度和靈敏度最高,噪聲水平較低,該模式適合于高精度應用。但是,實際上光照會導致PN結處的產(chǎn)生(電子)—空穴對,在內(nèi)建電場的作用下,電子向N區(qū)移動,空穴向P區(qū)移動,形成了與內(nèi)建電場方向相反的光生電場,相當于給PN施加了方向偏置(非常?。豢杀苊獾臅a(chǎn)生暗電流。

光電導模式

光電導模式與光伏模式不同之處在于,探測器二極管不與運算放大器的同相輸入端Vin+短接接地,而是施加一個小小為V的反向偏置電壓。運算放大器的(工作原理)與光伏模式相同;不同之處在于,反向偏置電壓會減小探測器二極管的結(電容),縮短響應時間,因此,該模式適合于高速應用。與光伏模式想比,其缺點在于線性度低、噪聲水平高(熱噪聲和散粒噪聲)和存在暗電流Id,但由于Id通常很小,通常在100多pA量級,可以近似認為放大器的輸出電壓為Vout等于I與Rf的乘積。

然而,為了確??缱璺糯笃鞯姆€(wěn)定性,在許多應用中通常會給跨阻抗增益電阻器Rf有意并聯(lián)一個(電容器)。

在理想情況下,探測器二極管的光生電流應全部流過跨阻抗增益電阻器Rf,即I=I1;然而實際情況,運算放大器會以輸入偏置電流I2的形式“竊取”部分該電流,偏置電流I2會在輸出端生成一個誤差電壓并限制跨阻放大器的動態(tài)范圍,而且跨阻抗增益電阻器Rf越大,該影響就越明顯。因此,在應用時應選擇偏置電流足夠低的放大器(如LTC6268輸入偏置電流在室溫條

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