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操控光强度运算放大器电路设计详解

  在使用光来操控一个进程的使用中,要长期坚持工厂设定的发光强度需求一个操控电路来监控发光情况,并操控供应光发射器材的电流以坚持输出稳定,选用一个简略的运算放大器电路就可为许多使用…

  在使用光来操控一个进程的使用中,要长期坚持工厂设定的发光强度需求一个操控电路来监控发光情况,并操控供应光发射器材的电流以坚持输出稳定,选用一个简略的运算放大器电路就可为许多使用供应准确的光强度。即使发光器材老化,经过调整LED电流,一个操控环也可保持稳定的光强度。

  本文评论了该电路的一个实例:

  

  图1

  跟着时刻的推移,开始校准得很好的光源也会变差。跟着LED的老化,其电流-发光转化比率会下降,发光强度也会变弱。要长期坚持工厂设定的发光强度需求一个操控电路来监控发光情况,并操控供应光发射器材的电流以坚持输出稳定。这种装备合适以下使用:用于准确光强度丈量的光强度测定使用、针对伺服系统准确光定位的操控使用,以及光参阅测验设备等。

  光电二极管特性

  光电二极管(Photo-Diode)和一般二极管相同,也是由一个PN结组成的半导体器材,也具有单独向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转化成电信号的光电传感器材。一般二极管在反向电压效果时处于截止状况,只能流过弱小的反向电流,光电二极管在规划和制造时尽量使PN结的面积相对较大,以便接纳入射光。光电二极管是在反向电压效果下作业的,没有光照时,反向电流极端弱小,叫暗电流;有光照时,反向电流敏捷增大到几十微安,称为光电流。光的强度越大,反向电流也越大。光的改变引起光电二极管电流改变,这就能够把光信号转化成电信号,成为光电传感器材。硅光电二极管跟PN结二极管的结构相似,只不过前者的P层有点薄。P层厚度可进行调整以使光的波长能被检测到。跟其它二极管相同,光电二极管也有电容电容巨细与加在其上的反偏压成正比,典型值规模为2-20pF。

  光电二极管有正极和负极,可作业于正向形式(电流从正极流向负极)或反向形式(电流从负极流向正极)。当光电二极管作业于反向形式(正极为负)时,在某一给定频率上其发光线性特别好,这在规划操控电路时特别有用。

  原型规划

  

  图2

  在图2中,一个原型电路用于剖析带运算放大器的操控环。该电路驱动一个PNP晶体管,晶体管再给LED供应电流来发生光源。LED所宣布的部分光会照到光电二极管上,再转化成很小的电流,一般只要10μA左右。

  

  图3

  图3给出了该电路的一个实例,它选用国家半导体公司的LMV2011精细运算放大器。参阅电压由该公司的LM4041-1.2器材发生,它供应固定的1.225V参阅电压,该器材的电流设定为约10mA,正处于其作业规模的中心。

  VBIAS由两个精度为1%的电阻发生,电压值设定为约1V。VREF和VBIAS之间的差值除以RG,就可得出操控环关闭的光电二极管电流。要注意的是,VBIAS须小于VREF,不然电路不能作业。假如光电二极管电流为10mA,那么RG应该为0.2&TImes;10E-6或20.0k。

  选用一个4.7k的电阻来约束PN200APNP晶体管基极电流,该电阻将电流限制在1mA左右。该晶体管的(值约为100,因而它所供应的最大电流约为 100mA,这现已超出小型SOT-23封装的散热规模。为避免晶体管的过高热量,将一个限流电阻与LED或激光二极管串联,使该二极管到达最大作业负荷,然后限制晶体管集电极的电流。假如需求更大的电流,则须选用集电极电流大的晶体管,并且要选用SOT-223等较大的封装。为了限制电路带宽以保持稳定性,选用一个15pF的电容与光电二极管电容并联(在1.2VBIAS时其%&&&&&%巨细也约为15pF),然后将放大器的作业频率限制在250kHz左右。

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