光電技術是將傳統(tǒng)的光學技術與現代電子技術與計算機技術相結合的一種高新技術。 以光電轉換電路為核心的光電檢測技術已經被廣泛地應用到軍事、工業(yè)、農業(yè)、環(huán)境科學、醫(yī)療和航天等諸多領域。 所謂的光電轉換是以光電二極管為基礎器件， 通過將照射于二極管上光通量的改變量轉化為相應的光電流，再經過前置放大、主放大等后續(xù)電路進一步優(yōu)化有用信號， 最后實現與上位機與相應算法的連接。 由此可見， 任何光電檢測系統(tǒng)中， 光電轉換電路的設計與優(yōu)化都是重中之重， 它性能的穩(wěn)定以及相關參數的合理性將決定著整個檢測系統(tǒng)的設計成敗。

　　1  光電轉換- 前置放大電路的設計

　　光電二極管在受到光照時， 會產生一個與照度成正比的小電流， 因此是很好的光- 電傳感器。 光電二極管可以在2 種模式下工作， 一是零偏置的光伏模式； 一是反偏置的光導模式，具體電路如圖1 所示。 在光伏模式時， 光電二極管可以非常精確地線性工作； 而在光導模式時， 光電二極管能夠實現較高的切換速度， 但要犧牲線性； 同時， 反偏置模式下的光電二極管即使在無光照條件下也會產生一個極小的暗電流， 暗電流可能會引入輸入噪聲。 因此選用光伏模式。

　　理想的光電二極管有恒流源的特性， 當其負載電阻為零時輸出特性較好， 而由理想放大器構成的前置放大電路又有 虛短、虛斷！的概念， 其輸入阻抗R in= Rf / （ 1+ A ） ，式中， A 為運算放大器的開環(huán)增益， Rf 為反饋電阻。 一般而言， A >=10⁶ ， 所以R in ≈0； 即保證了光電二極管在光伏模式下的線性工作特性。 通過反饋電阻將光電二極管與運算放大器相連接， 將其產生的微弱電流通過較大的反饋電阻Rf形成壓降， 從而實現光通量的改變—— 光電流——電壓的I/ V 前置放大轉換。

圖1 光電二極管的工作模式

　　光電二極管的選擇依據：

圖2 光電二極管等效電路

　　圖2 中I sc 為光電流； Rd 為二極管內阻； Cd 為二級管結電容； I ns 為二級管的散粒噪聲電流； I nd為二極管內阻的熱噪聲電流。 光電二極管與后續(xù)的理想運放構成前置放大電路時， 影響其性能參數的因素主要是以下幾點：

全文PDF下載：光電轉換電路的設計與優(yōu)化.pdf