Фотодиод модуль усиления модуль обнаружения интенсивность света измеритель освещенности

Фотодиоды являются одним из наиболее часто используемых типов датчиков во многих оптических измерениях. Такие области применения, как абсорбционная и Эмиссионная спектроскопия, измерение цвета, мутность, обнаружение газа и т. Д., основаны на фотодиодах для точных оптических измерений. Фотодод производит ток, пропорциональный количеству светильник, который находится на активной области. Для преобразования тока фотодиода В Выходное напряжение в большинстве применений измерения требуются усилители трансимпеданса. На рис. 1 показана схема цепи.

Рисунок 1. Простая схема усилителя трансимпеданса

Фотодод этой цепи работает в фотогальваническом режиме, где операционный усилитель поддерживает напряжение 0 В через фотодод. Это наиболее распространенная конфигурация для прецизионных приложений. Кривая напряжения и тока фотодиода очень близка к обычному диоду, но вся кривая первого смещается вверх или вниз по мере изменения уровня светильник. На рисунке 2a показана типичная функция передачи фотодиодов. Рисунок 2b представляет собой увеличенный график функции передачи, показывающий, что фотодод выдает небольшое количество тока даже при отсутствии светильник. Этот темный ток поднимается по мере увеличения обратного напряжения на фотододиоде. Большинство производителей выдают Темный ток фотодиода с обратным напряжением 10 мВ.

Рисунок 2 стандартная функция передачи фотодиода

После облучения светильник на активной области фотодиода ток течет от катода к аноду. 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 в основном проста, но некоторые проблемы должны быть решены, если система имеет лучшую производительность.

DC соображений

Первая задача состоит в том, чтобы выбрать op amp, который отвечает требованиям приложения спецификации DC. Для большинства приложений низкое входное смещение напряжения является наиболее важным спецификацией. Есть Входное смещение напряжения на выходе усилителя, что увеличивает общую погрешность системы; в фотоусилителях, он также производит другие ошибки. Есть Входное смещение напряжения на фотодиоде, которое производит более темный ток, еще больше увеличивая системную смещенную погрешность. Первоначальное смещение постоянного тока устраняется с помощью программной калибровки, соединения переменного тока или и того, и другого, но большие ошибки смещения уменьшают динамический диапазон системы. К сожалению, Входное смещение напряжения находится в диапазоне нескольких сот мв или даже десятков мВ, и доступно большое количество рабочих усилителей. Вторая наиболее важная Спецификация постоянного тока-входной ток утечки op amp. Ошибки измерения возникают, когда ток входит во вход op amp или входит в любое место, кроме резистора отзывы. Op amp с нулевым входным смещением тока нет, но некоторые CMOS или JFET вход op amp s очень близки к этому значению. Ток смещения входного сигнала на вход полевого транзистора усилителя увеличивается в геометрической степени с повышением температуры. Многие операционные усилители доступны при 85 °C или 125 °C; но если не указано, то хорошее приближение заключается в том, что при каждом десяти градусах повышения температуры ток удваивается.

Другая проблема заключается в проектировании цепи и ее компоновке, чтобы минимизировать внешний ток утечки-ток утечки может повлиять на производительность низких входных перекосов тока op amps. Наиболее распространенный путь внешнего тока утечки-это сама печатная плата. К примеру, Рисунок 3 показывает одного возможного макета фотодиода усилитель фигуры 1. Розовый след указывает на + 5 V рельс силы усилителя и обеспечивает мощность для остальной части платы. Если Сопротивление между трассировкой + 5 В и трассировкой, несущей ток фотодода, равно 5 г (указано RL на рис. 3), затем 1 nA будет течь от + 5 В трассировки к усилителю. Это, конечно, идет вразрез с целью тщательного выбора 1 ПА op amp в приложении. Один из способов минимизировать внешний ток утечки-увеличить сопротивление между следами, несущими ток фотодиода, и любыми другими следами. Это может быть так же удобно, как и добавление большой зоны изоляции маршрутизации вокруг трассировки для увеличения расстояния от других трассировок. В некоторых экстремальных условиях некоторые инженеры отменят следы PCB, выставят фотодиодные провода в воздух и подключатся непосредственно к входным контактам op amp.