改进光电晶体管线性运行的反馈电路

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。

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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）。

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