集成的光电二极管和放大器 OPT301

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光电二极管前置放大器设计

光电二极管前置放大器设计

光电二极管前置放大器设计许多常用传感器的输出阻抗超过几兆欧,因此,其相应的信号调理电路必须仔细设计,以满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求。

本文分析介绍光电二极管前置放大器,文中讨论了与高阻抗传感器信号调理电路有关的问题,并提供了实际解决方案。

光电二极管前置放大器设计光电二极管在受到光照时,会产生一个与照度成正比的小电流,因此是很好的光电传感器,可广泛应用于精密光度计、高速光纤接收器等领域。

光电二极管的等效电路如图1所示。

光电二极管灵敏度的标准规定方法之一是对来自严格定义的光源给定的光强确定它的短路电流ISC。

最常用的光源是工作在2 850K色温下的白炽钨灯。

在100fc(呎-烛光)照度(相当于阴天的光强)下,对于小面积(小于1mm2)二极管的短路电流通常是数皮安(pA)到数百微安(μA)。

短路电流在6~9个数量级的光强范围呈理想线性变化,因此常被用作绝对光强的测量。

光电二极管两端的开路电压随光强呈对数变化,但因为其温度系数很大,所以二极管电压很少用于光强的精密测量。

分路电阻RSH在室温下通常是1000MΩ左右,且温度每增加10 ℃就减少1/2。

二极管电容CJ随结面积和二极管偏压而变化,对于结面积很小的二极管,零偏压时的典型CJ是50pF。

光电二极管可以以两种模式工作,一是零偏置工作(光伏模式,如图2a),一是反偏置工作(光导模式,如图2b)。

在光伏模式时,光电二极管可非常精确地线性工作;而在光导模式时,光电二极管可实现较高的切换速度,但要牺牲线性。

在反偏置条件下,即使无光照,仍有一个很小的电流,叫做暗电流(无照电流)。

在零偏置时则没有暗电流,这时二极管噪声基本上是分路电阻产生的热噪声。

在反偏置时,由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。

在设计光电二极管过程中,通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计的,而不是两种模式的使用都是最优化。

将光电二极管电流转换为可用电压的简便方法,是用一个运算放大器作为电流——电压转换器(如图3所示)。

光电二极管与光电三极管

光电二极管与光电三极管

光电二极管与光电三极管一、光电二极管(Photodiode)光电二极管是一种基于半导体材料的光电器件,它利用光电效应将光信号转化为电信号。

光电二极管的结构和正常的二极管类似,由P型和N型半导体材料构成,并且在P-N结附近形成一个细微的PN结。

当光照射到PN结处时,光子的能量会被电子吸收,从而激发电子-空穴对的产生。

光电二极管的工作原理是利用光电效应,该效应是指当光照射到半导体材料上时,光子的能量会激发材料中的电子跃迁到导带中,形成电子-空穴对。

当光照强度越大时,激发的电子-空穴对数量越多,产生的电流也越大。

因此,光电二极管可以通过测量电流大小来检测光照强度。

1.快速响应速度:光电二极管具有快速的响应速度,能够在纳秒级别内检测到光的变化。

2.高灵敏度:光电二极管对光信号非常敏感,能够检测到较低光强度下的光信号。

3.低噪声:光电二极管的噪声很低,能够准确地检测到微弱的光信号。

4.宽波长范围:光电二极管可以检测多种波长的光信号,通常在可见光和红外光范围内。

1.光通信:光电二极管作为光信号的接收器,在光通信中发挥重要作用。

2.光谱分析:光电二极管可以用于测量、分析和检测光谱信号,例如光谱仪,气体和液体分析等。

3.光电测量:光电二极管可以用于测量光强度的变化,例如光照度计、照度计等。

4.医疗设备:光电二极管可以用于心率监测、血氧测量、生物检测等医疗设备中。

5.光电控制:光电二极管可以用于光敏开关、光电电路等光电控制领域。

二、光电三极管(Phototransistor)光电三极管是光电传感器中另一种常见的光电器件,它是在光电二极管的基础上发展而来的。

光电三极管同样基于光电效应,将光信号转化为电信号,但是相较于光电二极管,光电三极管具有更高的灵敏度和增益。

光电三极管的结构和普通的三极管类似,由P型、N型和P型三个区域组成。

在光电三极管中,光照射到PN结处时会产生电子-空穴对,电子会从P区域注入到N区域,形成电流。

光电二极管放大路工作原理

光电二极管放大路工作原理

光电二极管放大路工作原理————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:光电二极管放大电路工作原理在用于光检测的固态检波器中,光电二极管仍然是基本选择。

光电二极管广泛用于光通信和医疗诊断。

其他应用包括色彩测量、信息处理、条形码、相机曝光控制、电子束边缘检测、传真、激光准直、飞机着陆辅助和导弹制导。

设计过程中,经常会优化用于光电模式或光敏模式的光电二极管。

响应度是检波器输出与检波器输入的比率,是光电二极管的关键参数。

其单位为 A/W 或 V/W。

前置放大器在高背景噪声环境中提取传感器生成的小信号。

光电导体的前置放大器有两类:电压模式和跨导(图 2)。

图 3c 所示的跨导放大器结构产生的精密线性传感性能是通过“零偏压”光电二极管实现的。

在此配置中,光电二极管发现输出间存在短路,按照公式 3 (Isc =Ilight),基本上不存在“暗”电流。

光电二极管暴露在光线下且使用图 2c 的电路时,电流将流到运算放大器的反相节点,如图 3 所示。

若负载(RL)为0 Ω且 VOUT = 0 V,则理论上光电二极管会出现短路。

实际上,这两种状况都绝对不会出现。

RL 等于 Rf/Aopen_loop_Gain,而 VOUT 是放大器反馈配置施加的虚拟地。

图 4所示电路是一个高速光电二极管信号调理电路,具有暗电流补偿功能。

系统转换来自高速硅PIN光电二极管的电流,并驱动20 MSPS模数转换器(ADC)的输入。

该器件组合可提供400 nm至1050 nm的频谱敏感度和49 nA的光电流敏感度、91 dB的动态范围以及2 MHz的带宽。

信号调理电路采用±5 V电源供电,功耗仅为40 mA,适合便携式高速、高分辨率光强度应用,如脉搏血氧仪。

光电二极管工作时采用零偏置(光伏)模式或反向偏置(光导)模式。

光伏模式可获得最精确的线性运算,而让二极管工作在光导模式可实现更高的开关速度,但代价是降低线性度。

CN301资料

CN301资料
电 池 电 压 低 于 6V
R1 VCC
LBI CN301 LBO
R2 GND
R5 NMOS
PMOS 负载
图 7 电池最高电压低于6V,CN301控制PMOS晶体管 工作原理: 因为电池最高电压小于6V,CN301可以使用电池供电,利用电阻R1和R2设置电池低电压阈值。当电 池电压低于设定的阈值时,LBO输出低电平,NMOS管关断,PMOS管栅极电平拉高,PMOS管关断 电池到负载的放电回路,电池不能放电。注意,应根据负载电流的大小选择合适的PMOS晶体管的 导通电阻。 情形4:电池最高电压大于6V,CN301控制PMOS晶体管
其中, ILBI 是流入LBI管脚的漏电流; Vrth 是上行阈值。
如需要计算LBO由高电平转到低电平对应的电池电压,只要将上式中的Vrth换成下行阈值Vfth即可。 ILBI X R1就是LBI管脚漏电流引起的误差,如果ILBI=5纳安,R1=2兆欧姆,误差是10毫伏。 所以R1的最大值应该由所允许的最大误差决定,R1和R2的最小值应该由所允许的电池功耗决定。 添加一个外部电容增强电路的抗噪声能力 如果被监测的电压噪声比较严重,可以在被监测电压的正极和GND之间加一个0.1uF的电容,这个电 容要尽量靠近CN301。对于负载电流变化比较大的应用,在LBI和GND之间加一个电容(<1nF)也能够 增强抗噪声能力。 LBI管脚电压的下降沿变化 CN301除了在上电,掉电和电压突变时在LBO管脚输出低电平外,还可以过滤LBI管脚短时间的负方 向毛刺。当毛刺幅度增大时(即在CN301的下行阈值以下的幅度增大),则能滤除的毛刺宽度将减 小。一般情况下,LBI管脚的毛刺低于下行阈值35mV并且持续10us或更短时间时,不会引起CN301 的LBO管脚输出低电平。从LBI管脚到GND加一个旁路电容,可以进一步滤除毛刺的影响。 在VCC到GND接一个电阻使得VCC=0时输出仍然有效 当VCC电压降至1.15V以下时,CN301的LBO管脚不再吸收电流,变成开路状态,即为不确定状态。 大多数的应用是不受影响的,因为大部分的应用在电压为1.15V时已经不能工作。如果需要在电源电 压低于1.15V时LBO管脚处于确定状态,可在LBO管脚和GND之间连接一个电阻,如图4所示。电阻 值的大小不是很关键,一般100KΩ的电阻即可。

单电源运放 光电二极管

单电源运放 光电二极管

单电源运放与光电二极管的应用在光电检测和信号处理领域,光电二极管与单电源运放(运算放大器)常常一起使用,以实现对光信号的转换和放大。

本文将详细介绍如何结合单电源运放与光电二极管进行电路设计,以及在应用中需要注意的关键因素。

一、电路设计光电二极管通常与单电源运放配合使用,以实现对光信号的转换和放大。

电路设计时,需要确保光电二极管能够将光信号转换为电信号,并由运放进行适当的放大。

二、元器件选择1. 光电二极管:选择适当的光电二极管,其响应波长应与所需检测的光信号波长相匹配,并考虑其光灵敏度、响应速度等参数。

2. 单电源运放:选择具有适当带宽、增益和噪声性能的运放。

考虑使用单电源供电以简化电源设计。

三、光电二极管特性了解光电二极管的特性,如光谱响应范围、响应速度、暗电流等,有助于选择合适的光电二极管,并优化电路设计。

四、运放工作原理了解单电源运放的工作原理,包括其输入/输出特性、带宽增益乘积等,有助于正确选择和使用运放。

五、偏置电路为确保光电二极管和运放正常工作,需设计适当的偏置电路。

偏置电路应能提供稳定的直流偏置电压和电流。

六、噪声抑制在低照度条件下,噪声成为主要干扰因素。

采用噪声抑制技术(如光学滤波、低温操作等)可以有效降低噪声,提高检测精度。

七、线性范围了解光电二极管和运放的线性范围,以确保光信号的线性响应。

必要时,可采用适当的信号处理技术扩展线性范围。

八、动态响应考虑光电二极管的动态响应特性,以及运放的带宽限制。

优化电路参数以获得良好的动态响应性能。

九、电源抑制比(PSRR)对于单电源供电的运放,电源抑制比(PSRR)是一个关键参数。

了解运放的PSRR性能有助于抑制电源噪声,提高信号质量。

通过综合考量以上各方面因素,并结合实际应用需求进行优化设计,可以实现高效稳定的光电检测系统。

通过选择适当的电路元件和参数,以及采取有效的噪声抑制措施,可以显著提高光电检测系统的性能和稳定性。

在实际应用中,根据具体需求调整电路设计和元件参数,并进行必要的测试和验证,以确保系统的可靠性和性能达标。

光电放大器分类及应用实例

光电放大器分类及应用实例

光电放大器分类及应用实例光电放大器是一种能够将输入光信号转化为强电信号输出的放大设备。

根据其不同的原理和结构,光电放大器可以分为以下几种分类:1. 光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT):光电倍增管是最早被开发和广泛使用的光电放大器之一。

它由光电阴极、多级倍增极和收集极构成。

当入射光线击中光电阴极时,会产生一系列的二次电子(多级倍增极)并通过电场加速后被收集极收集,从而实现光电转换和电流放大。

2. 硅光电倍增器(SiPM):硅光电倍增器是一种基于硅材料的光电放大器。

它由一系列微小的单光电子级联组成,能够实现高增益、低暗计数、高时间分辨率等特点。

硅光电倍增器在医学成像、核物理实验等领域有着广泛的应用。

3. 探测器阵列:探测器阵列是由多个单元探测器组成的阵列结构。

每个单元探测器都有自己的光电放大功能,可以同时对多个通道的光信号进行放大和转换。

探测器阵列广泛应用于光纤通信、光谱测量、光学显微镜等领域。

4. 可调增益光纤放大器(EDFA):可调增益光纤放大器是一种利用掺铒双折射光纤放大光信号的器件。

它能够在不引入明显附加噪声的情况下实现高增益、宽带宽放大,广泛应用于光纤通信、光传感等领域。

5. 光电探测器:光电探测器是一种直接将光信号转换为电信号的器件。

常见的光电探测器有光电二极管(Photodiode)、光导电池(Photoconductive Cell)等。

光电探测器通常具有高灵敏度、快速响应、低噪声等特点,广泛应用于光通信、光测量、光谱分析等领域。

光电放大器具有广泛的应用领域。

以下是一些典型的应用实例:1. 光通信:光电放大器在光通信系统中起着关键的作用。

它们能够对输入的弱光信号进行放大,提高信号传输的可靠性和距离。

光电倍增器、可调增益光纤放大器等光电放大器广泛应用于光纤通信系统的接收机、中继站、光纤放大器等部件中。

2. 光谱分析:光电放大器在光谱分析领域中被广泛应用。

通过将光信号转换为电信号并进行放大处理,可以获得更高的信噪比和更精确的测量结果。

二极管封装大全

军用电子器件目录JUN YONG DIAN ZI QI JIAN MU LU(2005年版)济南半一电子有限公司目录半导体器件选用注意事项 (1)第一部分:二极管 (8)一. 开关二极管 (8)1. 锗金键开关二极管2AK1~20系列 (8)2. 锗金键检波二极管2AP1~31B系列 (9)3. 肖特基检波二极管SP1~31B系列(替代2AP1~31B) (10)4. 肖特基开关二极管SK1~20系列(替代2AK1~20) (11)5. 肖特基开关检波二极管2DKOlO、020、O3O型(替代2AK1~20、2AP1~31B)··126. 硅开关二极管2CK70~86、2CK49~56系列 (13)7. 硅开关二极管1N、1S、1SS、BAV系列 (16)8. 玻璃钝化封装大电流开关二极管RG0.5~5系列 (17)二. 整流二极管 (18)1. 玻封快速硅整流二极管2CZ50~57系列 (18)2. 玻璃钝化整流管1N、RL、6A系列 (19)3. 玻璃钝化高速整流管SF11G~66G系列 (20)4. 贴片玻璃钝化整流管S1~5系列 (21)5. 贴片高速整流管ES1~5系列 (22)6. 肖特基二极管SR0620~510、1N5817~5822系列 (23)7. 肖特基二极管SR735~4060系列 (24)8. 贴片肖特基二极管SS1~36、SS110系列 (25)三. 电压调整(稳压)二极管 (26)1. 硅稳压二极管2CW50~78系列 (26)2. 硅稳压二极管2CW100~121系列 (27)3. 硅稳压二极管ZW50~78系列 (28)4. 硅稳压二极管ZW100~121系列 (29)5. 硅稳压二极管2CW5221~5255(1N5221~5255)系列 (30)6. 硅稳压二极管2CW4728A~4754A(1N4728A~4754A)系列 (31)7. 硅稳压二极管1N746A~759A、1N957A~974A系列 (32)8. 硅稳压二极管1N4352B~4358B系列 (33)9. 硅稳压二极管HZ2~36系列 (34)10. 硅稳压二极管BZX55/C系列 (35)11. 硅稳压二极管BZX85/C系列 (36)四. 电压基准二极管 (37)1. 硅基准稳压二极管2DW14~18系列 (37)2. 硅平面温度补偿二极管2DW230~236系列 (38)五. 电流调整(稳流)二极管 (39)1. 稳流管2DH1~36系列 (39)六. 瞬变电压抑制二极管 (40)1. 单双向瞬变电压抑制二极管TVS500~534系列 (40)2. 单双向瞬变电压抑制二极管TVS1000~1034系列 (41)3. 单双向瞬变电压抑制二极管TVS1500~1534系列 (42)4. 单双向瞬变电压抑制二极管TVS5000~5034系列 (43)第二部分:晶体管 (44)一. 双极型晶体管 (44)1. 硅NPN型平面高频小功率三极管3DG110、3DG111、3DG130系列 (44)2. 硅NPN型外延平面高反压三极管3DG182系列 (45)3. 硅NPN型平面三极管3DK101、3DK106、3DK21系列 (46)4. 硅PNP型外延平面高频小功率三极管3CG111、3CG120、3CG130系列 (47)5. 硅PNP型外延平面高频小功率三极管3CK2、3CK120、3CK130系列 (48)6. 硅PNP型外延平面高频高反压小功率三极管3CG182、3CG184、2N2907系列 (49)7. 硅NPN低频大功率晶体管3DD1~8系列 (50)8. 硅NPN达林顿功率晶体管FH6~8系列 (53)二. 场效应晶体管 (54)1. N沟道MOS型场效应晶体管IRF120~823系列 (54)2. P沟道MOS型场效应晶体管IRF9130~9643系列 (56)3. N沟道结型场效应晶体管3DJ2、3DJ6/66、3DJ7/67/304、3DJ8/68系列 (57)三. 部分替代俄型号晶体管 (59)第三部分:半导体分立器件组件 (60)一. 说明 (60)二. 产品型号 (61)1. 200mA~2A玻璃钝化芯片整流桥DF、1W、RB、W系列 (61)2. 1~4A玻璃钝化芯片整流桥2W、GBP、GBL系列 (62)3. 4~15A玻璃钝化芯片整流桥GBU、GBP系列 (63)4. 15~35A玻璃钝化芯片整流桥GBPC系列 (64)5. 定制式三相整流桥 (65)6. 2Д906A型硅二极管矩阵 (65)7. 双向限幅器SXF0.25~5.8系列 (65)第四部分:电路及模块 (66)一. 集成稳压器 (66)1. 固定输出三端正稳压器CW7800系列 (66)2. 固定输出三端负稳压器CW7900系列 (66)3. 可调输出三端正稳压器CW117系列 (67)4. 可调输出三端负稳压器CW137系列 (67)5. 定制式5V以下电压基准DCW系列 (68)第五部分:外形图 (69)半导体器件选用注意事项半导体器件(以下简称器件)的质量问题,不仅有器件本身所固有的质量和可靠性问题,也有由于用户选择或使用不当造成的器件失效问题。

OPA301中文资料

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FR301系列二极管中文资料

塑封快恢复整流二极管反向电压 50 --- 1000 V正向电流 3.0 AFR301FR302FR303FR304FR305FR306FR3071000501002004006008005010020040060080010003570140280420560700151503.01.35.0200FR301 ...... FR307150300FR301FR302FR303FR304FR305FR306FR307SIYU R最大可重复峰值反向电压Maximum repetitive peak reverse voltage最大均方根电压Maximum RMS voltage最大直流阻断电压Maximum DC blocking voltage最大正向平均整流电流Maximum average forward rectified current峰值正向浪涌电流 8.3ms单一正弦半波Peak forward surge current 8.3 ms single half sine-wave典型热阻 Typical thermal resistance工作结温和存储温度Operating junction and storage temperature range-55 --- +150 V V V A A ℃/WV RRMV RMS V DC I F(AV)I FSM ℃Tj, TSTG 极限值和温度特性 TA = 25℃ 除非另有规定。

Maximum Ratings & Thermal Characteristics Ratings at 25℃ ambient temperature unless otherwise specified.符号Symbols单位UnitPlastic Fast Recover RectifierReverse Voltage 50 to 1000VForward Current 3.0A50最大正向电压 最大反向电流 TA= 25℃ TA=100℃最大反向恢复时间I F =0.5A I R =1.0A I RR =0.25A典型结电容 V R = 4.0V, f = 1MHzV μAnS pFI Rtrr C jMaximum forward voltage Maximum reverse currentType junction capacitance电特性 TA = 25℃ 除非另有规定。

光电二极管 运放型号

光电二极管运放型号
光电二极管是一种能够将光能转化为电能的半导体器件,常用于光通信、光电探测等领域。

为你提供部分运放型号:
- MCP6L02T-E/MS:这是一款便携式IC,常用于光电二极管放大器,其工作频率为1MHz,电流为85µA。

- RS622:采用COMS工艺设计,具有7MHz的高增益带宽乘积和0.7mV的失调电压,适合用于电池供电的指夹血氧仪等设备中。

- TSV7722:一款高精度高带宽运算放大器,可实现22MHz的增益带宽和11V/μs的圧摆率,适合在功率变换电路和光学传感器中进行高速信号调理和精确电流测量。

输入失调电压低至200µV,输入电压噪声密度低至7nV/√Hz,可以准确地测量低边电流。

输入偏置电流典型值为2pA,可以在烟火探测器等光电感测应用中准确测量光电二极管电流。

- LTA604x:高速电压反馈运算放大器,具有140MHz带宽和107 V/us的压摆率。

输出电压范围可以达到任何供电轨35mv内,适合在低电压应用。

同时,LTA604x提供极好的低谐波失真和快速稳定时间,能成为理想的ADC缓冲前端。

- JI57X:是一款集成低噪声JFET放大器的Si硅光电二极管,可采用单电压电源,具有非常低的漂移和高的动态范围。

适合于辐射测量,光谱分析以及医学诊断。

其芯片尺寸为7mm²,光谱响应范围位于400-1100nm。

在实际应用中,需要根据具体需求选择合适的运算放大器和光电二极管,以确保系统的性能和稳定性。

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FPO70%©1994 Burr-Brown Corporation PDS-1228B Printed in U.S.A. January, 19942®OPT301SPECIFICATIONSELECTRICALAt T A = +25°C, V S = ±15V, λ = 650nm, internal 1M Ω feedback resistor, unless otherwise noted.NOTE: (1) Voltage Across Photodiode.3®OPT301SPECIFICATIONS (CONT)ELECTRICALOp Amp Section of OPT301(1)At T A = +25°C, V S = ±15V, unless otherwise noted.The information provided herein is believed to be reliable; however, BURR-BROWN assumes no responsibility for inaccuracies or omissions. BURR-BROWN assumes no responsibility for the use of this information, and all use of such information shall be entirely at the user’s own risk. Prices and specifications are subject to change without notice. No patent rights or licenses to any of the circuits described herein are implied or granted to any third party. BURR-BROWN does not authorize or warrant any BURR-BROWN product for use in life support devices and/or systems.NOTE: (1) Op amp specifications provided for information and comparison only.4®OPT30165®OPT301TYPICAL PERFORMANCE CURVESAt T A = +25°C, V S = ±15V, λ = 650nm, unless otherwise noted.NORMALIZED SPECTRAL RESPONSIVITYN o r m a l i z e d C u r r e n t o r V o l t a g e O u t p u tWavelength (nm)100200300400500600700800900100011001.00.80.60.40.2VOLTAGE RESPONSIVITY vs RADIANT POWERRadiant Power (µW)O u t p u t V o l t a g e (V )0.010.1101001k11010.10.010.001VOLTAGE RESPONSIVITY vs IRRADIANCEIrradiance (W/m 2)O u t p u t V o l t a g e (V )0.0010.011101000.11010.10.010.001DISTRIBUTION OF RESPONSIVITY U n i t s (%)Responsivity (A/W)0.4560504030201000.460.470.480.490.5RESPONSE vs INCIDENT ANGLER e l a t i v e R e s p o n s eIncident Angle (°)01.00.80.60.40.20±20±40±60±801.00.80.60.40.20VOLTAGE OUTPUT RESPONSIVITY vs FREQUENCY R e s p o n s i v i t y (V /µW )Frequency (Hz)1001k10k 100k1M6®OPT301TYPICAL PERFORMANCE CURVESAt T A = +25°C, V S = ±15V, λ= 650nm, unless otherwise noted.SMALL-SIGNAL DYNAMIC RESPONSELARGE-SIGNAL DYNAMIC RESPONSE20m V /d i v2V /d i v100µs/div 100µs/divQUIESCENT CURRENT vs TEMPERATUREQ u i e s c e n t C u r r e n t (m A )Temperature (°C)–750.60.50.40.30.20.10–50–25255075100125OUTPUT NOISE VOLTAGE vs MEASUREMENT BANDWIDTHMeasurement Bandwidth (Hz)N o i s e V o l t a g e (µV r m s )1101k 10k 100k10010001001010.1NOISE EFFECTIVE POWER vs MEASUREMENT BANDWIDTHMeasurement Bandwidth (Hz)N o i s e E f f e c t i v e P o w e r (W )1101k10k100k10010–710–810–910–1010–1110–1210–1310–14R F = 100MR F = 10MR F = 1MR F = 100k R F = 10k67®OPT301APPLICATIONS INFORMATIONFigure 1 shows the basic connections required to operate the OPT301. Applications with high-impedance power supplies may require decoupling capacitors located close to the device pins as shown. Output is zero volts with no light and increases with increasing illumination.If your light source is focused to a small area, be sure that it is properly aimed to fall on the photodiode. If a narrowly focused light source were to miss the photodiode area and fall only on the op amp circuitry, the OPT301 would not perform properly. The large (0.090 x 0.090 inch) photodiode area allows easy positioning of narrowly focused light sources. The photodiode area is easily visible—it appears very dark compared to the surrounding active circuitry.The incident angle of the light source also affects the apparent sensitivity in uniform irradiance. For small incident angles, the loss in sensitivity is simply due to the smaller effective light gathering area of the photodiode (proportional to the cosine of the angle). At a greater incident angle, light is reflected and scattered by the side of the package. These effects are shown in the typical performance curve “Response vs Incident Angle.”DARK ERRORSThe dark errors in the specification table include all sources.The dominant error source is the input offset voltage of the op amp. Photodiode dark current and input bias current of the op amp are approximately 2pA and contribute virtually no offset error at room temperature. Dark current and input bias current double for each 10°C above 25°C. At 70°C, the error current can be approximately 100pA. This would produce a 1mV offset with R F = 10M Ω. The OPT301 is useful with feedback resistors of 100M Ω or greater at room temperature. The dark output voltage can be trimmed to zero with the optional circuit shown in Figure 3.FIGURE 1. Basic Circuit Connections.Photodiode current, I D , is proportional to the radiant power or flux (in watts) falling on the photodiode. At a wavelength of 650nm (visible red) the photodiode Responsivity, R I , is approximately 0.45A/W. Responsivity at other wavelengths is shown in the typical performance curve “Responsivity vs Wavelength.”The typical performance curve “Output Voltage vs Radiant Power” shows the response throughout a wide range of radiant power. The response curve “Output Voltage vs Irradiance” is based on the photodiode area of 5.23 x 10–6m 2.The OPT301’s voltage output is the product of the photodiode current times the feedback resistor, (I D R F ). The internal feedback resistor is laser trimmed to 1M Ω ±2%. Using this resistor, the output voltage responsivity, R V , is approximately 0.45V/µW at 650nm wavelength.An external resistor can be used to set a different voltage responsivity. For values of R F less than 1M Ω, an external capacitor, C EXT , should be connected in parallel with R F (see Figure 2). This capacitor eliminates gain peaking and prevents instability. The value of C EXT can be read from the table in Figure 2.LIGHT SOURCE POSITIONINGThe OPT301 is 100% tested with a light source that uniformly illuminates the full area of the integrated circuit, including the op amp. Although all IC amplifiers are light-sensitive to some degree, the OPT301 op amp circuitry is designed to minimize this effect. Sensitive junctions are shielded with metal, and differential stages are cross-coupled. Furthermore,the photodiode area is very large relative to the op amp input circuitry making these effects negligible.FIGURE 2. Using External Feedback Resistor.8®OPT301When used with very large feedback resistors, tiny leakage currents on the circuit board can degrade the performance of the OPT301. Careful circuit board design and clean assembly procedures will help achieve best performance. A “guard trace” on the circuit board can help minimize leakage to the critical non-inverting input (pin 2). This guard ring should encircle pin 2 and connect to Common, pin 8.DYNAMIC RESPONSEUsing the internal 1M Ω resistor, the dynamic response of the photodiode/op amp combination can be modeled as a simple R/C circuit with a –3dB cutoff frequency of 4kHz.This yields a rise time of approximately 90µs (10% to 90%).Dynamic response is not limited by op amp slew rate. This is demonstrated by the dynamic response oscilloscope photographs showing virtually identical large-signal and small-signal response.Dynamic response will vary with feedback resistor value as shown in the typical performance curve “Voltage Output Responsivity vs Frequency.” Rise time (10% to 90%) will vary according to the –3dB bandwidth produced by a given feedback resistor value—where:t R is the rise time (10% to 90%)f C is the –3dB bandwidthLINEARITY PERFORMANCECurrent output of the photodiode is very linear with radiant power throughout a wide range. Nonlinearity remains belowapproximately 0.02% up to 100µA photodiode current. The photodiode can produce output currents of 1mA or greater with high radiant power, but nonlinearity increases to several percent in this region.This excellent linearity at high radiant power assumes that the full photodiode area is uniformly illuminated. If the light source is focused to a small area of the photodiode,nonlinearity will occur at lower radiant power.NOISE PERFORMANCENoise performance of the OPT301 is determined by the op amp characteristics in conjunction with the feedback components and photodiode capacitance. The typical performance curve “Output Noise Voltage vs Measurement Bandwidth” shows how the noise varies with R F and measured bandwidth (1Hz to the indicated frequency). The signal bandwidth of the OPT301 is indicated on the curves. Noise can be reduced by filtering the output with a cutoff frequency equal to the signal bandwidth.Output noise increases in proportion to the square-root of the feedback resistance, while responsivity increases linearly with feedback resistance. So best signal-to-noise ratio is achieved with large feedback resistance. This comes with the trade-off of decreased bandwidth.The noise performance of a photodetector is sometimes characterized by Noise Effective Power (NEP). This is the radiant power which would produce an output signal equal to the noise level. NEP has the units of radiant power (watts). The typical performance curve “Noise Effective Power vs Measurement Bandwidth” shows how NEP varies with R F and measurement bandwidth.t R ≈0.35f C (1)FIGURE 3. Dark Error (Offset) Adjustment Circuit.FIGURE 4. Responsivity (Gain) Adjustment Circuit.9®OPT301FIGURE 5. “T” Feedback Network.FIGURE 8. Current Output Circuit. FIGURE 6. Summing Output of Two OPT301s.10®OPT301FIGURE 9. Single Power Supply Operation.FIGURE 10. Output Filter to Reduce Noise.FIGURE 11. Differential Light Measurement.11®OPT301FIGURE 12. DC Restoration Rejects Unwanted Steady-State Background Light. FIGURE 13. 4-20mA Current-Loop Transmitter.。

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