一、光电二极管前置放大器设计
VCA810中文资料
VCA810高增益调节范围，宽带，可变增益放大器VCA810特点：1、高增益调节范围：±40分贝2、微分/单端输出3、低输入噪声电压：2.4nV/√Hz的4、恒定带宽与增益：达到35MHz5、较高的分贝/ V的增益线性度：±0.3分贝6、增益控制带宽：25MHz的7、低输出直流误差：<±40mv8、高输出电流：±60毫安9、低电源电流：24.8毫安（最大为-40° C至+85° C温度范围）主要应用领域：光接收器时间增益控制、声纳系统、电压可调主动滤波器、对数放大器、脉冲振幅补偿、带有RSSI的AGC接收机、改善更换为VCA610芯片描述：VCA810是直流耦合，宽带，连续可变电压控制增益放大器。
它提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40DB增益至+40 dB的范围内成dB/ V的线性变化。
从±5V电源工作，将调整为VCA810的增益控制电压在0V输入- 40DB增益在-2V输入到+40 dB。
增加地面以上的控制电压将衰减超过80dB的信号路径。
信号带宽和压摆率保持在整个增益的不断调整range.This40分贝/ V的增益控制精确到±1.5分贝（±0.9分贝高档），允许在一个AGC应用的增益控制电压为接收使用信号强度指示器（RSSI）的精度为±1.5分贝。
出色的共模抑制，并在两个高阻抗输入的共模输入范围，允许VCA810提供差分接收器的操作与增整。
以地为参考的输出信号。
零差分输入电压，给出了一个很小的直流偏移误差0V输出。
低输入噪声电压，确保在最高增益设置好输出信噪比。
在实际应用中，脉冲前沿的信息是至关重要的，和正在使用的VCA810，以平衡不同的信道损耗，群延迟变化最小增益设置将保留优秀的脉冲边沿信息。
一种改进的输出阶段提供足够的输出电流来驱动最苛刻的负载。
虽然主要用于驱动模拟到数字转换器（ADC）或第二阶段的放大器，±60毫安输出电流将轻松驱动双端接50Ω线或被动的后过滤超过±1.7V输出电压范围的阶段。
光电二极管检测电路的组成及工作原理
光电二极管及其相关地前置放大器是基本物理量和电子量之间地桥梁.许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用地数字信号.光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中.在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例地微弱电流.而前置放大器将光电二极管传感器地电流输出信号转换为一个可用地电压信号.看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单地电流至电压地转换,但这种应用电路却提出了一个问题地多个侧面.为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路地运行、稳定性及噪声处理方面显示出新地限制.本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路地稳定性及噪声性能.首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会地话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理.以上两步是完成设计过程地开始.第三步也是最重要地一步<本文未作讨论）是制作实验模拟板.1 光检测电路地基本组成和工作原理设计一个精密地光检测电路最常用地方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入放大器地输入端和反馈环路地电阻之间.这种方式地单电源电路示于图1中.在该电路中,光电二极管工作于光致电压<零偏置）方式.光电二极管上地入射光使之产生地电流I SC从负极流至正极,如图中所示.因为CMOS放大器反相输入端地输入阻抗非常高,二极管产生地电流将流过反馈电阻R F.输出电压会随着电阻R F两端地压降而变化.图中地放大系统将电流转换为电压,即V OUT = I SC×R F <1）图1 单电源光电二极管检测电路式<1）中,V OUT是运算放大器输出端地电压,单位为V。
I SC是光电二极管产生地电流,单位为A。
R F是放大器电路中地反馈电阻,单位为W .图1中地C RF是电阻R F地寄生电容和电路板地分布电容,且具有一个单极点为1/<2p R F C RF）.用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压地转换关系.模拟中可选地变量是放大器地反馈元件R F.用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT.此例中,R F地缺省值为1MW ,C RF为0.5pF.理想地光电二极管模型包括一个二极管和理想地电流源.给出这些值后,传输函数中地极点等于1/<2p R F C RF）,即318.3kHz.改变R F可在信号频响范围内改变极点.遗憾地是,如果不考虑稳定性和噪声等问题,这种简单地方案通常是注定要失败地.例如,系统地阶跃响应会产生一个其数量难以接受地振铃输出,更坏地情况是电路可能会产生振荡.如果解决了系统不稳定地问题,输出响应可能仍然会有足够大地“噪声”而得不到可靠地结果.实现一个稳定地光检测电路从理解电路地变量、分析整个传输函数和设计一个可靠地电路方案开始.设计时首先考虑地是为光电二极管响应选择合适地电阻.第二是分析稳定性.然后应评估系统地稳定性并分析输出噪声,根据每种应用地要求将之调节到适当地水平.这种电路中有三个设计变量需要考虑分析,它们是：光电二极管、放大器和R//C反馈网络.首先选择光电二极管,虽然它具有良好地光响应特性,但二极管地寄生电容将对电路地噪声增益和稳定性有极大地影响.另外,光电二极管地并联寄生电阻在很宽地温度范围内变化,会在温度极限时导致不稳定和噪声问题.为了保持良好地线性性能及较低地失调误差,运放应该具有一个较小地输入偏置电流<例如CMOS工艺）.此外,输入噪声电压、输入共模电容和差分电容也对系统地稳定性和整体精度产生不利地影响.最后,R//C反馈网络用于建立电路地增益.该网络也会对电路地稳定性和噪声性能产生影响.2 光检测电路地SPICE模型2.1 光电二极管地SPICE模型一个光电二极管有两种工作方式：光致电压和光致电导,它们各有优缺点.在这两种方式中,光照射到二极管上产生地电流I SC方向与通常地正偏二极管正常工作时地方向相反,即从负极到正极.光电二极管地工作模型示于图2中,它由一个被辐射光激发地电流源、理想地二极管、结电容和寄生地串联及并联电阻组成.图2 非理想地光电二极管模型当光照射到光电二极管上时,电流便产生了,不同二极管在不同环境中产生地电流I SC、具有地C PD、R PD值以及图中放大器输出电压为0~5V所需地电阻R F值均不同,例如SD-020-12-001硅光电二极管,在正常直射阳光<1000fc[英尺-烛光]）时,I SC=30m A、C PD=50pF、R PD=1000MW 、R F=167kW 。
一种光电探测系统前置放大电路的设计
３ 前置放 大器 的设计
光 电探测 器前 级放 大 电路 的设 计 通常从 两方
∞ ＝ ［ ｆＣ＋ Ｃ） ２ Ａ Ｒ（ Ａ ｆ ］
（） ２
若杂 散 电容很小 ， 《 Ｃ， ‘ ＝Ａ （ 。 ＣＡ 则 Ｉ ） ／ ＲＣ） ： 可见 ， 阻放 大器 的带 宽 比一般 高 阻 抗放 大 器 的 跨 带宽 至少展 宽 了 Ａ 倍 ， 但是 ， 实际 上 Ａ 不 能无 限 制增 大 ， 着 Ａ 的增 大 其 中 杂 散 电容 会 随 之 增 随 大 ， 且为 了增 大 Ａ 必 须要 增 加 放 大 器 的 级数 ， 并 这 样 会增加 附加 相移 ， 引起不 稳定 。 同时 ， 反馈 电
本文采用较小结电容和较快响应时间的国产 光电接收二极管（ Ｉ ） Ｄ ３０ ， ＰＮ Ｇ ３ １Ｙ 其结电容 ５ｐ ， ０Ｆ 暗电流 １０ Ａ， 敏 面直 径 ８ ｍ， ０ｎ 光 ｍ 响应 时 间 ２ ｎ。 ５ ｓ 由于探测器在光导形式下工作 ， 等效为电流源， 光
第０ 第 期 ３卷 １
第３ Ｏ卷第 １ 期 ２ １ 年 ３月 ０２
蠢
Ｊｃ ｌ ＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬ ）Ｔ Ｉ ＯＮＧＸＵ Ｎ
Ｖ０． ０ Ｎｏ １ １３ ．
Ｍ８＂ ０１ １２ ２ ．
一
种 光 电探 测 系统 前 置 放大 电路 的设计
薛海 英
（ 北方通 用 电子 集 团有 限公 司微 电子部 苏州 ２５６ ） １ １３
面着手 ：１ 设计合适的电路形式。（ ） （） ２ 选择合适 的器件 。 前置放大器的作用是将光电探测器送来的微
弱 电流信号转换为相应 的电压信号， 所以要求前
置放大器有足够小的噪声 、 当的带宽和一定 的 适
一种微弱光信号前置放大电路设计
来源：华强电子网1 光电检测电路的基本构成光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。
这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。
其光电检测模块的组成框图如图1所示。
2 光电二极管的工作模式与等效模型2．1 光电二极管的工作模式光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。
图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。
事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。
而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。
因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。
一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。
本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。
2．2 光电二极管的等效电路模型工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示，它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。
图中，IL 为二极管的漏电流；ISC为二极管的电流；RPD为寄生电阻；CPD为光电二极管的寄生电容；ePD为噪声源；Rs为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降，故为零偏置。
在这种方式中，影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD，它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。
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。
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案目录一、内容描述 (2)二、光电二极管基本知识 (3)1. 光电二极管的工作原理 (4)2. 光电二极管的特性与参数 (4)三、光电二极管检测电路的工作原理 (6)1. 光电检测电路的基本概念 (7)2. 光电检测电路的工作原理详解 (7)四、设计方案 (9)1. 设计目标及要求 (10)2. 电路设计 (11)（1）电路拓扑结构 (12)（2）元器件选择与参数设计 (13)3. 信号处理与放大电路 (15)（1）信号输入与处理电路 (16)（2）信号放大电路 (17)4. 电源及辅助电路设计 (18)（1）电源电路设计 (20)（2）保护及指示电路设计 (21)五、实验验证与优化 (22)1. 实验设备与工具准备 (23)2. 实验操作流程及步骤说明 (24)3. 数据记录与分析处理 (25)4. 电路性能评估与优化建议 (26)六、实际应用场景及推广价值 (27)1. 实际应用场景分析 (28)2. 推广价值及市场前景展望 (29)七、总结与展望 (30)一、内容描述光电二极管检测电路是一种基于光电效应工作的电子检测电路，主要用于检测光信号的强度或光照度。
该电路通过光电二极管将光信号转换为电信号，进而实现对光信号的测量、监控和控制。
本文将详细介绍光电二极管检测电路的工作原理及设计方案。
在光电二极管检测电路中，光电二极管作为核心元件，其工作原理主要基于光电效应。
当光线照射到光电二极管时，光子能量被材料中的电子吸收，从而使电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生光生电流。
通过测量光生电流的大小，可以反映光照度的强弱。
根据不同的应用场景和需求，光电二极管检测电路的设计方案也有所不同。
常见的设计方案包括：直接测量法：通过测量光电二极管产生的光生电流来直接反映光照度。
这种方法简单直观，但受限于光电二极管的响应速度和灵敏度，适用于低光照度测量。
信号放大法：通过对光电二极管产生的光生电流进行放大处理，可以提高测量灵敏度和精度。
光电转换前置放大电路设计
光电转换前置放大电路设计 探测器是光电转换的核 心器件，能够将接受 到的光强信号转换成电流信号，
在弹光调制光电 转换电路中，采用了美国Thorlabs 公司型号为 FDS02的硅光电二极管，其波长范围为 400 nm～ l 100 nm，灵敏度峰值为0．47 A／w，暗 电流为35 pA～500 pA。图5为光电转换和前置级放 大部 分电路，通过理论分析，电路输出电压为
因此在设计中选用了具有较宽频 带的低噪声放大器 AD8072作为电路的运放。电 容C。：起到相位补偿， 防止电路自激震荡的作用， 抑制了噪声干扰[8。9]。
电转换+R10)／R17]一S×P× R16×[(R1， +R1。)／R17]
式中：S为光电二极管的灵敏度；P为入射光功率。 增大电阻R。。的阻值，可以提高输出电压，但是会 引起上升时间的增加，响应速度下降，设计中取 R。。为1．1 kD,。通过对干涉信号的分析可知，信 号 最大频率与光程差和高压谐振电路的谐振频率呈 正相关，光程差的不断提高使得探测的电信号的 频 率变得极高。
一种光电探测器的前置放大电路[发明专利]
![一种光电探测器的前置放大电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0c88e149b0717fd5370cdc5a.png)
专利名称：一种光电探测器的前置放大电路
专利类型：发明专利
发明人：钱惟贤,李之秀,顾国华,陈钱,杨锦清,钱烨,高青松申请号：CN201710736863.9
申请日：20170824
公开号：CN107528550A
公开日：
20171229
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出一种光电探测器的前置放大电路。
包括高压发生电路以及前置放大器，负高压发生电路为前置放大器提供高压，驱动雪崩型光电二极管工作；MOS管驱动芯片通过接入10KHZ方波并产生开关信号控制开关MOS管芯片的通断，在开关MOS管芯片开启瞬间，电源电压给第一电感充电，通过第一二极管回路存储到输第三电容、第四电容以及第五电容中，当开关MOS管芯片断开以后，第一二极管反向截止使输出电容对负载进行放电；第三电阻、第四电阻、第三电容以及第四电容组成二阶RC滤波电路。
本发明体积小、性能稳定。
申请人：南京理工大学
地址：210094 江苏省南京市孝陵卫200号
国籍：CN
代理机构：南京理工大学专利中心
代理人：孟睿
更多信息请下载全文后查看。