改进光电晶体管线性运行的反馈电路

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1、改进光电晶体管线性运行的反馈电路改进光电晶体管线性运行的反馈电路 技术分类： 模拟与无源器件 作者：JC Ferrer 、 A Garrig 梥，University Miguel Hernandez , Elche, Spain 发表时间：2007-01-10 当设计者用光电晶体管将一个调制后的光信号转换成电信号时，如果有高亮度的背光使光电晶体管饱和，就会遇到麻烦。当光电晶体管基极端悬浮时，其集电极/射极电压只取决于信号与背光重叠而产生的光电流。光电晶体管增益及其作用区范围由 R1阻值（见图 1）确定。R1阻值较高时，电路的增益增加，但光电晶体管会很快饱和。图 1 中没有背光照射时，晶体管工

2、作在其线性区的偏置点f2，Q1 的集电极电压围绕 VCE作线性变化。其输出 VOUT准确地重复使调制光信号产生幅度波动。当施加外部稳定的背光照明时，电路的工作点移至偏置点 f3，输出电压被压缩并出现失真。 光电二极管和光伏电池都只有两根引线，而光电晶体管则不同，它的基极连接可以接一个反馈电路，以控制器件的偏置点。基极端的分流会降低集电极电流。在图 2 中，光电晶体管 Q1检测照在基极区的光信号以及背光。低通有源滤波器对由背光产生的集电极电压进行采样，Howland 电流源通过光电晶体管反偏的集电极/基极结流出电流改变电路的偏置点。一般情况下，外界的背光照明波动要慢于所要求的信号。为简化起见，该

3、设计采用一种一阶低通滤波器 C1和 R2，其截止频率低于信号 频率，以便采样 Q1的集电极电压。在 R3上加一个基准电压（本例中为 VCC）设定滤波器电路的直流工作点，使之位于光电晶体管截止电压与饱和电压的中点。低通滤波器的输出驱动一个 Howland 电流源，产生一个与滤波器的输出成正比的电流。当背光照明增强时，Q1的集电极电压减小。Q1基极电流中减去电流源的输出，从而提高了 Q1集电极电压，以避免进入饱和。根据公式 AV=1+(R4/R3)，R4与 R3之比确定了有源低通滤波器的增益，而 R5设定了电流源的跨导：GM=1/R5。改变这些电阻器可以影响来自光电晶体管基极的电流量，以及电路的工

4、作点。光电晶体管的电容要比滤波器小得多，以保证图 2中的电路不会振荡。但是，如果用一个二阶低通滤波器代替一阶低通滤波器，则需要仔细选择电容器的容量值，以防止出现振荡。用一个 100W 荧光灯泡照射光电晶体管，可以产生高强度的背光照明，同时还因为加上的是交流电压而产生一个快速变化的信号。图 3 为灯泡距光电晶体管40cm 时 Q1集电极/基极电压，分别为反馈电路激活（图 3a），以及光电晶体管基极悬浮（图 3b）状态。两者的响应类似，因为光电晶体管在此时施加的光强度下并未饱和。将灯泡定位在距光电晶体管 20cm 处，增强了背光的强度，并使光电晶体管接近于饱和。当使用反馈时，光电晶体管产生较高幅度的信号，尽管其偏置点几乎保持不变（图 4a）。Q1集电极的平均直流电压大致保持与较低光强度时相同水平（图 3a）。然而，当没有加反馈时，光电晶体管的偏置点会移近饱和区，而且几乎检测不到交流调制的光强度变化（图 4b）。