當(dāng)設(shè)計者用光電晶體管將一個調(diào)制后的光信號轉(zhuǎn)換成電信號時,,如果有高亮度的背光使光電晶體管飽和,就會遇到麻煩,。當(dāng)光電晶體管基極端懸浮時,,其集電極/射極電壓只取決于信號與背光重疊而產(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,,電路的增益增加,但光電晶體管會很快飽和,。圖1中沒有背光照射時,,晶體管工作在其線性區(qū)的偏置點f2,Q1 的集電極電壓圍繞VCE作線性變化,。其輸出VOUT準確地重復(fù)使調(diào)制光信號產(chǎn)生幅度波動,。當(dāng)施加外部穩(wěn)定的背光照明時,電路的工作點移至偏置點f3,,輸出電壓被壓縮并出現(xiàn)失真,。
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反饋電路,,以控制器件的偏置點?;鶚O端的分流會降低集電極電流,。在圖2中,光電晶體管Q1檢測照在基極區(qū)的光信號以及背光,。低通有源濾波器對由背光產(chǎn)生的集電極電壓進行采樣,,Howland 電流源通過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。
一般情況下,外界的背光照明波動要慢于所要求的信號,。為簡化起見,,該設(shè)計采用一種一階低通濾波器C1和R2,,其截止頻率低于信號
頻率,以便采樣Q1的集電極電壓,。在R3上加一個基準電壓(本例中為VCC)設(shè)定濾波器電路的直流工作點,,使之位于光電晶體管截止電壓與飽和電壓的中點。低通濾波器的輸出驅(qū)動一個 Howland 電流源,,產(chǎn)生一個與濾波器的輸出成正比的電流,。當(dāng)背光照明增強時,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自光電晶體管基極的電流量,,以及電路的工作點。光電晶體管的電容要比濾波器小得多,,以保證圖2中的電路不會振蕩,。但是,如果用一個二階低通濾波器代替一階低通濾波器,,則需要仔細選擇電容器的容量值,,以防止出現(xiàn)振蕩。
用一個100W熒光燈泡照射光電晶體管,,可以產(chǎn)生高強度的背光照明,,同時還因為加上的是交流電壓而產(chǎn)生一個快速變化的信號。圖3為燈泡距光電晶體管40cm時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,,因為光電晶體管在此時施加的光強度下并未飽和。
將燈泡定位在距光電晶體管20cm處,,增強了背光的強度,,并使光電晶體管接近于飽和。當(dāng)使用反饋時,,光電晶體管產(chǎn)生較高幅度的信號,,盡管其偏置點幾乎保持不變(圖4a),。Q1集電極的平均直流電壓大致保持與較低光強度時相同水平(圖3a)。然而,,當(dāng)沒有加反饋時,,光電晶體管的偏置點會移近飽和區(qū),而且?guī)缀鯔z測不到交流調(diào)制的光強度變化(圖4b),。