该电路在光伏模式下操作光敏二极管，其中运算放大器将光敏二极管两端的电压保持在 0 V。这是精密应用中最常见的配置。光电二极管的电压与电流曲线与普通二极管非常相似，不同之处在于整个曲线会随着光照水平的变化而上下移动。图 2a 显示了典型的光敏二极管传递函数。图 2b 是传递函数的放大视图，它显示了光敏二极管如何在没有光的情况下输出小电流。这种“暗电流”随着光敏二极管两端反向电压的增加而增加。大多数制造商指定光敏二极管暗电流具有 10 mV 的反向电压。

光敏二极管一、传递函数

当光照射到光敏二极管的活性区域时，电流从阴极流向阳极。理想情况下，所有光电二极管电流都流过图 1 中的反馈电阻器，生成的输出电压等于光电二极管电流乘以反馈电阻器。该电路在概念上很简单，但您必须解决一些挑战才能从系统中获得最佳性能。

光敏二极管二、直流注意事项

第一个挑战是选择直流规格符合您的应用要求的运算放大器。大多数精密应用的低输入失调电压排在首位。输入失调电压出现在放大器的输出端，导致整体系统误差，但在光电二极管放大器中，它会产生额外的误差。输入失调电压出现在光电二极管两端并导致暗电流增加，从而进一步增加系统失调误差。您可以通过软件校准、交流耦合或两者的组合来消除初始直流偏移，但较大的偏移误差会降低系统的动态范围。幸运的是，输入失调电压为数百甚至数十微伏的运算放大器可供选择的范围很广。

光敏二极管三、输入漏电流

下一个重要的直流规格是运算放大器的输入漏电流。任何电流进入运算放大器的输入端，或通过反馈电阻器以外的任何其他地方，都会导致测量误差。没有零输入偏置电流的运算放大器，但一些 CMOS 或 JFET 输入运算放大器接近。例如，AD8615在室温下的最大输入偏置电流为 1 pA。经典AD549的最大输入偏置电流为 60 fA，经过生产测试和保证。FET 输入放大器的输入偏置电流随着温度升高呈指数增长。许多运算放大器包括 85°C 或 125°C 的技术指标，但对于那些没有的，一个很好的近似值是温度每升高 10 度，电流就会加倍。

光敏二极管四、设计电路和布局

另一个挑战是设计电路和布局，以最大限度地减少可能破坏低输入偏置电流运算放大器性能的外部泄漏路径。最常见的外部泄漏路径是通过印刷电路板本身。例如，图 3 显示了图 1 中光电二极管放大器原理图的一种可能布局。粉红色迹线是为放大器供电并连接到电路板其他部分的 +5 V 电源轨。如果 +5 V 迹线与承载光电二极管电流的迹线之间通过电路板的电阻为 5 GΩ(显示为 R L在图 3 中)，1 nA 的电流将从 +5 V 走线流入放大器。这显然会破坏为应用仔细选择 1 pA 运算放大器的目的。最小化这种外部泄漏路径的一种方法是增加承载光电二极管电流的迹线与任何其他迹线之间的电阻。这可以很简单，只需在走线周围添加一个大的布线禁区以增加与其他走线的距离。对于某些极端应用，一些工程师会完全取消 PCB 布线，并通过空气直接将光电二极管引线连接到运算放大器的输入引脚。

光敏二极管五、布局

另一种防止外部泄漏的方法是在承载光电二极管电流的走线附近运行一条保护走线，确保两者都被驱动到相同的电压。图 4 显示了承载光电二极管电流的网络周围的保护迹线。+5 V 迹线引起的漏电流现在通过 R L流入保护迹线，而不是流入放大器。在该电路中，保护迹线和输入迹线之间的电压差仅由运算放大器的输入失调电压引起，这是选择具有低输入失调电压的放大器的另一个原因。

光敏二极管六、交流注意事项

尽管大多数精密光电二极管应用往往速度较低，但金沙电子游戏官方入口仍需要确保系统的交流性能足以满足应用的需求。这里的两个主要问题是信号带宽(或闭环带宽)和噪声带宽。闭环带宽取决于放大器的开环带宽、增益电阻和总输入电容。光电二极管输入电容的变化范围很大，从高速光电二极管的几皮法到超大面积精密光电二极管的几千皮法不等。但是，在运算放大器的输入端增加电容会导致它变得不稳定，除非您通过在反馈电阻两端增加电容来补偿它。反馈电容限制了系统的闭环带宽。您可以使用公式 1 来计算将导致 45 度相位裕度的最大可能闭环带宽。

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