《電子技術(shù)應(yīng)用》
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改進(jìn)光電晶體管線性運(yùn)行的反饋電路
摘要: 當(dāng)設(shè)計(jì)者用光電晶體管將一個(gè)調(diào)制后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí),,如果有高亮度的背光使光電晶體管飽和,,就會(huì)遇到麻煩,。
關(guān)鍵詞: 放大器 光電晶體管 反饋電路
Abstract:
Key words :

  當(dāng)設(shè)計(jì)者用光電晶體管將一個(gè)調(diào)制后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí),如果有高亮度的背光使光電晶體管飽和,,就會(huì)遇到麻煩,。當(dāng)光電晶體管基極端懸浮時(shí),,其集電極/射極電壓只取決于信號(hào)與背光重疊而產(chǎn)生的光電流,。光電晶體管增益及其作用區(qū)范圍由R1阻值(見圖1)確定。R1阻值較高時(shí),,電路的增益增加,,但光電晶體管會(huì)很快飽和。圖1中沒有背光照射時(shí),,晶體管工作在其線性區(qū)的偏置點(diǎn)f2,,Q1 的集電極電壓圍繞VCE作線性變化。其輸出VOUT準(zhǔn)確地重復(fù)使調(diào)制光信號(hào)產(chǎn)生幅度波動(dòng),。當(dāng)施加外部穩(wěn)定的背光照明時(shí),,電路的工作點(diǎn)移至偏置點(diǎn)f3,輸出電壓被壓縮并出現(xiàn)失真,。

光電晶體管增益及其作用區(qū)范圍由R1阻值確定


  光電二極管和光伏電池都只有兩根引線,,而光電晶體管則不同,它的基極連接可以接一個(gè)反饋電路,,以控制器件的偏置點(diǎn),。基極端的分流會(huì)降低集電極電流,。在圖2中,,光電晶體管Q1檢測(cè)照在基極區(qū)的光信號(hào)以及背光。低通有源濾波器對(duì)由背光產(chǎn)生的集電極電壓進(jìn)行采樣,,Howland 電流源通過(guò)光電晶體管反偏的集電極/基極結(jié)流出電流改變電路的偏置點(diǎn),。

由一個(gè)單極低通有源濾波器和一個(gè) Howland 電流源構(gòu)成的反饋電路,它從光電晶體管基極分流,,以避免過(guò)強(qiáng)背光使光電晶體管進(jìn)入飽和


  一般情況下,,外界的背光照明波動(dòng)要慢于所要求的信號(hào)。為簡(jiǎn)化起見,,該設(shè)計(jì)采用一種一階低通濾波器C1和R2,,其截止頻率低于信號(hào)

 

頻率,以便采樣Q1的集電極電壓,。在R3上加一個(gè)基準(zhǔn)電壓(本例中為VCC)設(shè)定濾波器電路的直流工作點(diǎn),,使之位于光電晶體管截止電壓與飽和電壓的中點(diǎn)。低通濾波器的輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè) Howland 電流源,,產(chǎn)生一個(gè)與濾波器的輸出成正比的電流,。當(dāng)背光照明增強(qiáng)時(shí),Q1的集電極電壓減小,。Q1基極電流中減去電流源的輸出,,從而提高了Q1集電極電壓,,以避免進(jìn)入飽和,。

  根據(jù)公式AV=1+(R4/R3),,R4與R3之比確定了有源低通濾波器的增益,而R5設(shè)定了電流源的跨導(dǎo):GM=1/R5,。改變這些電阻器可以影響來(lái)自光電晶體管基極的電流量,,以及電路的工作點(diǎn)。光電晶體管的電容要比濾波器小得多,,以保證圖2中的電路不會(huì)振蕩,。但是,如果用一個(gè)二階低通濾波器代替一階低通濾波器,,則需要仔細(xì)選擇電容器的容量值,,以防止出現(xiàn)振蕩。

  用一個(gè)100W熒光燈泡照射光電晶體管,,可以產(chǎn)生高強(qiáng)度的背光照明,,同時(shí)還因?yàn)榧由系氖墙涣麟妷憾a(chǎn)生一個(gè)快速變化的信號(hào)。圖3為燈泡距光電晶體管40cm時(shí)Q1集電極/基極電壓,,分別為反饋電路激活(圖3a),,以及光電晶體管基極懸浮(圖3b)狀態(tài),。兩者的響應(yīng)類似,,因?yàn)楣怆娋w管在此時(shí)施加的光強(qiáng)度下并未飽和。

 

用一盞位于 40 cm 距離上的 100W 燈泡照射光電晶體管時(shí)的集電極/射極電壓,,(a) 為有反饋電路,,(b) 為無(wú)反饋電路。兩種情況下的偏置點(diǎn)都保持在線性區(qū)內(nèi)


  將燈泡定位在距光電晶體管20cm處,,增強(qiáng)了背光的強(qiáng)度,,并使光電晶體管接近于飽和。當(dāng)使用反饋時(shí),,光電晶體管產(chǎn)生較高幅度的信號(hào),,盡管其偏置點(diǎn)幾乎保持不變(圖4a)。Q1集電極的平均直流電壓大致保持與較低光強(qiáng)度時(shí)相同水平(圖3a),。然而,,當(dāng)沒有加反饋時(shí),光電晶體管的偏置點(diǎn)會(huì)移近飽和區(qū),,而且?guī)缀鯔z測(cè)不到交流調(diào)制的光強(qiáng)度變化(圖4b),。

用一盞位于 20 cm 距離上的 100W 燈泡照射光電晶體管時(shí)的集電極/射極電壓,(a) 為有反饋電路,,(b) 為無(wú)反饋電路,。無(wú)反饋時(shí)電路的飽和會(huì)妨礙信號(hào)的檢測(cè)

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