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改进光电晶体管线性运行的反馈电路

发布时间:2020-06-30 22:16:04 阅读: 来源:酒柜厂家

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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