[求助]光电二极管的放大电路:<p></p><p> 最近在搭一个光电二极管的检测电路,在做之前,查了一些资料,做了一个设计,决定用两级放大来实现。由于我不是学模电的,在电路电子方面的知识只懂些皮毛,查资料就花了相当长的时间。我最后采用的是一个很常规的做法,前级用偏流小的运放做电流转电压,次级用低噪声运放做正相电压放大。前级的运放我开始选择了BB(现在已经并到TI了吧?)的OPA128,不过我在力源一问,600多一片,吓晕了。还好又查了查,发现偏流在亚pA级的运放还有很多,BB公司自己的就有OPA111,OPA129等,而且OPA129U是可以买到的,还可以申请到free sample,就决定用它来了。次级放大用了OP07/OP77,这个也不贵。整个电路的电容选用的是漏电小的钽电容和聚苯电容,用双15V开关电源供电,采用了单点接地,地就是开关电源的公共地,而且前级为了避免干扰电流窜入输入级还按照OPA129的说明进行了shield保护。光电二极管(我用的是圆窗的2CU)接到BNC母头上之后用铜套封住,给进光面留有小孔,然后通过同轴线缆接到放大电路中。原理图见附件。</p><p>

</p><p><br/> 当时原理图出来之后觉得这个应该没有什么太大的问题,好像UDT sensors推荐的放大电路就是这样的,我没有做过多的试验就去开了PCB,然后买回元件一一焊上。结果非常令人失望,前级输出总是一个-15V左右的电压,不管光电二极管对的光源角度如何,输出不变,哪怕把PD取下来之后,前级还是输出一个-15V的电压。我思考了半天,总找不到原因,最后无奈,把电路中的其他元件都卸下,前级和次级断开,只留了OPA129U、反馈电阻和平衡电阻。发现还是照旧输出一个15V的电压。我把反馈电阻和平衡电阻同时换成了1M之后,输出变小了,可还是有+2V-3V,同样与PD无关。等我把反馈电阻和平衡电阻换成10M之后,这个时候好像是好了,随着光照的变化或者说PD进光角度的变化,OPA129U给出一个变化的负电压输出(因为我把PD接反了),无光照时是几十个mV的输出,有光照时随着光照的强弱输出可以在-15v的范围内。惊喜之余还是考虑了一下,处于整个输出的考虑,我希望最后能从次级出来时候的电压是1V左右,因为我们后面要用到的锁相放大器输入要求是1.5V,我想反馈电阻还是小一点,回头换上1M的电阻试了试,发现如果给OPA129U进行Vos调整,整个运放电路就正常了,我采用了OPA129的datasheet(<a href="http://www.icbase.com/pdf/BBR/BBR03170106.pdf">http://www.icbase.com/pdf/BBR/BBR03170106.pdf</a><a href="http://www.fulcrum.ru/Read/CDROMs/TI-2001.June/docs/sbos026.pdf"></a>,见第六页)提供的电路,只是把其中220欧的接地电阻换成了我电路中的平衡电阻(这里是1M)。发现这个现象之后我很纳闷,明明这个块子Vos和Ib都很小,分别在100uV和100fA左右(最大),而且datasheet里面也说,“Due to its laser-trimmed input stage, most applications do not require external offset voltage trimming”,我查了一下运放的书,也看到书中说在这种Ib小的情况下,给3脚接个平衡电阻就可以了,不需要做零点调整。怎么会这样呢?烦请高手们指点一二。<br/> 因为加了零点调整之后正常了,我继续做次级的试验,因为上次没有做什么实验直接去开了PCB没有成功,我这次想先在试验板上模拟一下再说,结果发现OP07也遇到了调0的问题,实在郁闷得要死!没有输入的情况下,OP77的6脚就始终有个电压输出,还颇大,有时能有10V以上甚至14点几V,况且,这个输出还在不断变化当中,一点都不稳。Analog Devices给出的OP07零点调节的方法不一样,我按照其datasheet(<a href="http://fy.chalmers.se/~delsing/SensorerBrus/Lab2/op07.pdf">http://fy.chalmers.se/~delsing/SensorerBrus/Lab2/op07.pdf</a>,op07;<a href="http://www.indiana.edu/~gmhlab/c501/OP77_b.pdf">http://www.indiana.edu/~gmhlab/c501/OP77_b.pdf</a>,OP77)里面提供的方法进行零点调整,发现根本就无法调到零点,20K的电位器,我只要拧那么一点点小的角度,6脚输出就可能从+十几V跳到-十几V,好不容易仔细的调到了0附近,可还是处于一个剧烈波动状态,哪怕我只是搭了个OP77的调零电路,其2,3脚分别接一个11k的电阻后接到公共地,结果还是一样,换了OP77之后,也不行。再次纳闷,看到的网上的帖子和官方的资料,还有运放的书,象OP07,多半是说不需要调零,它的Vos也是很小的,只有10-25个uV。<br/> 请各位高手说说看,这是为什么?莫非运放在我焊接的过程中被烧掉了?换了好几个,都一样啊。我这个电路,有什么好的建议吗?是否是运放选择的问题?OP07/OP77可以有什么别的替代品吗?</p><p><br/></p>
<p>放大电路选型错误!</p><p>1、从电路上看,信号源输出的是电压信号,为此只能采用电压放大器;</p><p>2、例如,在第一个运放与光电管之间可以串入一个电阻,由反向端电阻与串入的电阻确定放大系数;</p><p>3、如果不是采用场效应管输入级的运放,则3M的反馈电阻太大。以1M以下为好。</p><p>4、考虑到放大器输入级平衡,需要匹配运放的同相和反相端的电阻;</p><p>5、如上所述,作为例子,第一级运放器件连接如下(反向电压放大器):</p><p>(1)、反馈电阻采用1M;</p><p>(2)、反向端与光电管之间串入100K电阻;</p><p>(3)、同相端接地采用1M和100K电阻并联;</p><p>此时,运放的电压放大倍数约10倍。输入为正电压话,输出则为放大后的负电压。</p><p>例如光电管输出+1V电压,则运放输出为-10V。</p><p>6、你设计的后级运放属于同相电压放大器,所用器件导致电压放大倍数理论为12倍。</p><p>在电源电压+/-15V条件下,运放最大输出电压范围在电源电压范围内。为此必须在实验中</p><p>测定第一级运放输出电压与第二级电路放大倍数下,是否会超出电源电压。</p><p>7、如果是小信号放大电路,最好不要使用开关稳压电源和并联模拟电源。他们的电源特性不符合要求。</p><p>甚至还要考虑采用正负电源同步锁定,使电压、开机时电压同步上升等措施。</p><p>实验数据和实验方法十分重要,勤快与动脑筋相结合。你会成功的!</p><p></p>
<p></p><p>谢谢你的回复!</p><p>这个放大电路基本上就是参考BB公司的Application notes 来的, 而且从我掌握的资料和知识看,这个电路从原理上是可行的.</p><p>我认为:</p><p>1) 在反相输入端串一个电阻不恰当, 这个时候运放的作用只是放大,而电流转电压在不在意线性的条件下只要串电阻而 不需要运放的参与. 但这个时候,光电二极管两侧的电压反馈总在变,也就是说,影响了光电二极管的工作状态,也就影响了测光的线性,从我看到的各种电路来说,基本上没有这样做的</p><p>2)反馈电阻的问题,我也觉得3M不合适,但从普遍的情况看,用于我这个实验的类似场合通常是用1M的反馈电阻, 而从BB的Application notes中看,OPA111,OPA128,OPA129用的反馈电阻都是在10的9次方到10的11次方级,用于实现微弱电流放大,配合UDT sensors, 滨松或者HP的光电二极管可以实现5*10^9V/W左右的光电转换, 而从噪声的考虑,电阻热噪声是跟根号的R成正比的,而前级电压输出是等于光电流乘上R,整个系统的信噪比呢,也是跟根号R成正比, 也就是说,R越大信噪比反而越高, BB的Application notes 里面也是这么推荐的. 当然,实际上象那么大的电阻很难买到. 即使用了这么大的电阻,不是太弱的光场合, 也没有必要, 运放自身的线性也要考虑, 也许BB 是对自己的东西的性能很有信心吧</p><p>3)运放的输入平衡我已经考虑了, 我的 电路中就是这么做的,每次我更换反馈电阻,都换了同样大小的平衡电阻在同相端,但我现在的问题是, 我发现如果使用10M以下的反馈电阻,OPA129这个运放需要调零,也就是需要给同相端一个电压偏置, 我实测的大概是-0.6V(相对于公共地)左右,这令我 感到很困惑,照例这个应用是不需要考虑Offset voltage的问题的, 如果真要考虑, 太不利于后期的制作和实验了. 难道Offset voltage 的问题这么重要么?不是一般都不需要考虑的么? 运放的Datasheet里面都明确提到了,大多数情况下不需要管这个的啊</p><p>4) 我估计需要测定的光强大概是0.0003mW, 我希望最终输出在1V左右,也就是说,我只要用1M的反馈电阻是可以满足的</p><p>5) 电源的问题,我也发现了, 开始发现输出有问题的时候就怀疑到电源正负端不平衡了, 采用电位器做了粗糙的调整后, 发现问题照旧,后来才确认是偏压的问题, 那你觉得应该使用什么电源? 我看别人用开关电源做同样的工作没有什么大碍啊.</p><p>谢谢你的鼓励,但最近的实验实在太令我灰心了, 本来应该不是很难的事情, 确遇到这么大的麻烦, 可能是我理论知识和实践机会匮乏, 焊接水平和设计水平也差,总之可能出现问题的地方太多,都不知道什么地方出了问题</p><p>我现在也怀疑是不是我的运放都坏了,OP07,OP77我试了好几块,OPA129U我试了两块,都没什么太大差别,难道我在焊接过程中不太注意静电保护给击穿了,有什么办法可以测试吗?</p><p></p>
<p>今天我又做了一下试验,把OP07换成了LF356,还是一样的,输入为零的时候6脚有一个恒定的输出,只是略小于供电电压。</p><p>电源试了开关电源和电池,结果一样。由于我是把八脚IC座焊在实验板上,然后把运放插在IC座上的,我把运放拔下来后,用万用表测了一下各脚电压(这个时候的电源还是处于供电状态),用于调零的两个脚有一个几十mV的电压,问题在这里吗?怎么会有这么个电压存在呢?</p>
<p>我看不清楚你的电路</p><p>一级放大应该是个很简单的 I/V转化电路,比较简单,采用负反馈</p><p>看你说的样子,给我的感觉如果你没有焊接错误的话,应该是信号饱和了,但是还有一个问题让我奇怪就是</p><p>一般情况下运放如果不是RAIL TO RAIL的即使饱和也达不到供电电压。你却出现了供电电压一致的情况</p><p>怀疑你的电路焊接有问题,取下 PD以后,没有电流产生,负反馈通的话,输出端的V=IB*RF,你的这个IB应该非常小才对,所以绝对不会如此的</p><p>总结一下:</p><p>1. 再看一下原理,是否是负反馈电路</p><p>2. 查看一下 负反馈是否通,有没有断开,如果断了,就成了比较器了,会出现你的情况</p><p>3. IB是不是太大了,证明的方法可以换一个比较小的RF调试,最好用示波器看,如果IB太大,就是元器件坏了</p><p></p><p>只能提供这么多,看不到你的原理图</p>
<p>电路图显示不对估计是图片尺寸太大了,我把图片打包之后传上来,解压下来就可以看清楚了</p><p>确实OPA129不是Rai to Rail的运放,从Datasheet里面看,好像最大的饱和输出也就是13V的样子(不是太懂,也许是这个大小)</p><p>我的OPA129是SO-8贴片封装的,直接焊在PCB的焊盘上,我检查了电路,应该没有焊接错误</p><p>今天早上又试了一下,OP07的问题是我在调零的时候2,6脚是开路,没有接RF,接上一个电阻之后就好了,其实确实不需要调0,输出在万用表上就是0</p><p>而OPA129呢,还是老样子,RF=10M,平衡电阻=10M的时候,输出正常,如果不接平衡电阻或者RF换成1M,零输入的时候,6脚输出就是-15V的,但是这个电压可以通过给3脚一个偏压之后调到0的,确实比较奇怪。</p><p></p>
<p>首先,除非非常特别,否则一级就够。</p><p>如果把PD开路,输出还是-15V,那么,要么是接错了,要么是IC等元件坏了,也有可能是管脚短路之类的。总是,属于低级错误,没什么奇怪的,再仔仔细细检查一下。</p><p>第三,2CU的管子不好,最好换一种窗口是平的,不要窗口有透镜的那种。</p><p>第四,这个属于电流/电压转换型,由于光输入不是很弱,只需要很便宜的LF442或者LF412就可以。</p><p>最后,那个R2和C2没有必要,完全可以短路。</p>
<p><br/>一级就够了吗? 我看到的多数人的考虑不是第一级放大倍数太大效果不好么?<br/><br/>前面说的满幅输出的问题,由于是SO-8的,比较难做实验。我只焊了两片,我已经发现有一个OPA129出了问题,不论用多大的反馈电阻他都是输出-15V;而另外一片现在是这样的情况,我换上510k的反馈电阻,3脚还是接平衡电阻,也是510k,PD开路的时候输出为零,接上PD和同轴线之后,无光照时,OPA129U 6脚有2.48V输出,量了一下2脚和三脚的电压,分别是-0.13V和0.05V; 换了一根短一点的线之后,无光照,6脚输出3.23V, 2脚,3脚电压分别是-0.40V和零点几个mV, <br/>可以通过Datasheet里面给的电路,调节电位器,可以让6脚输出为接近0mV,这个时候2脚3脚的电压分别是-0.49V和-0.39V.</p><p>这个时候用示波器看6脚的输出,可以看到一个17kHz的类似方波的波形,还暂时搞不清楚这个交流干扰哪里来的</p><p>R2和C2没有必要吗?我试过,如果用10M反馈电阻的时候,没有R2,输出也不为零,但只要把10M的R2加上之后,输出就接近0了,不需要进行额外调0</p><p>我现在郁闷的是,不是说laser trimmed吗,怎么还需要调0呢,莫非在小反馈电阻的条件下,PD和同轴线 显示出来的一个等效阻抗使得2,3脚到地的阻抗不能平衡?</p><p>我手上只有2CU和44所的GT-101,感觉光电二极管这个东西好难买到,GT-101是平窗的,150一个,还没舍得试,2CU因为是以前留下来的,就拿它先做实验了。lymex能告诉一下哪里能买到好的光电二极管吗? 滨松的有很多性能和美金价都不错,可买一批得加1k的手续费,实在不划算的说。</p><p>电源方面,除了开关电源外还有什么好的推荐吗?电池?用起来so不方便啊<br/></p>
<p>
[B]以下是引用[I]lzldnn[/I]在2006-5-22 13:39:00的发言:[/B][BR]br/
</p><p></p><p>哦对了, 你所说的平窗的要好些是不是因为 它对光的角度不是太敏感,圆窗的的确对角度很敏感,只要角度稍稍偏一点就会导致很大的响应变化,但是前面有个透镜,起光收集的作用很好啊</p><p></p>
<p>一级就够了。两级效果才不好呢,这个东西不是放大,是I/V转换。</p><p>这个东西不用调0,如果输出不为0是存在问题。</p><p>如果PD不接就不为0,就是简单的错误。如果接上PD同时无光但输出不为0,就是PD坏了。</p><p>电源别用开关的,容易干扰,那17kHz应该就是如此。电源可以用小变压器两个,接两个稳压块。另外,为什么电压选那么高?我一般选正伏5V就很好。</p><p>我买的PD比较杂,但往往便宜的就很好用,我是特别讨厌自带透镜的。</p>
<p>明白了,我准备就用一级了,算了一下,如果还是一级放大的话,我测到的最大光强是3×10<font size="1">-7 </font><font size="3">W</font></p><p>一般光电二极管在这个地方的转换率是0.3-0.4A/W, 如果我选5M-10M的反馈电阻正合适</p><p>你所说的为零的标准是不是也就是用数字万用表的直流档测一下呢?</p><p>我用示波器看了一下波形,刚好是+-1.5V的,探头用的×10衰减,可能就是开关电源带来的17kHz干扰了</p><p>我用两个9V电池试了一下,就没有这个干扰了</p><p>

D这么容易坏掉么?我现在就是接上PD同时无光但输出不为零,但可以通过对OPA129u的三脚调整一个电压使输出变成零,然后PD经过光照是有响应的,而且响应灵敏,这能说明PD坏了吗? 我准备用GT101试试看</p><p>我看过你写的那个一些光电二极管实测的帖子,好像你没提到都是些什么型号,能推荐一些买光电二极管的地方吗? 哪些型号又是比较好用的?普通的电子市场根本买不到这些东西呢</p><p></p><p></p>
<p>好象fet管做I/V转换时,调零是有点问题?<br/>我用LF442的感觉也是难以调零,而用LM324就没有这种问题,<br/>还有ICL7650(双电源斩波放大)也没有这个问题(非fet管),很容易调整,<br/>会不会是因为零偏置的光电管没有放电回路,所以电荷会在fet管上集结呢?</p><p>也许fet管不太适合直流放大?更适合交流放大(不存在放电回路的问题)?<br/>确实不太明白,</p>
<p>ICL7650(双电源斩波放大)是CMOS器件,也属于场效应管一类了,<br/>只是要看输入端是否有保护二极管和串联限流电阻了,<br/>一般来说CMOS器件的输入阻抗也很高的,不过ICL7650使用了动态自动调零,<br/>所以使用起来就不存在调零困难的问题了?</p><p>内部调零的场效应运放没有用过,不知道稳定性如何,<br/>另外GT-101的光电流明显比一般的光电管高不少,而且是平窗,感觉不错,<br/>可是44所给出的标准连接方法还是与串联电阻分压后输出光电压(光导模式),<br/>为什么不给出“零偏置”的光压模式呢?我总觉得“零偏置”会不会噪声小一点呢?<br/>谁实验过、对比过分压法(光导)和零偏置法(光压)的优缺点吗?希望不吝赐教,</p>
<p>输入失调的原因</p><p>我觉得可能电阻是个原因,如果不在同相端加平衡电阻不行,如果平衡电阻的大小不合适也不行,否则就得给同相端一个偏压,使输出为零</p><p>按我的理解,本来象opa129这样的运放应该是不需要额外的零点调节的</p><p></p><p>按理来说,OPA111,OPA128,opa129这样的运放的一个典型应用就是光电二极管的放大, 而这类运放是属于一种叫DiFET的集成电路,我想应该没有道理不适合光电二极管吧</p><p>土豆兄,除了 44所的光电二极管之外你还用过别的吗? 我觉得好贵, 我买的∮1的 150一个</p><p>我看他们的电子文档上是建议用反向偏置能有更好的使用效果,可能写这个文档的也没太研究这个问题吧,我收到的检验报告上是如你所说直接串电阻用的 </p><p></p><p></p>



<p>哦对了</p><p>lymex不是说这种斩波自稳零放大不适合作I-V么? 原因是什么呢?</p><p>你还是用的这个作的I-V?</p>
<p>我要修正一下,是我搞错了,我把负表笔接到-V上了,应该接在地(以前都是这样测的),<br/>我今天发现ICL7650也出问题了,才发现这个问题,把负表笔接地后,LM442也就很正常了,<br/>没有调零的问题,无光照时的输出最多1mV,有光照时是4伏(由放大倍数决定了),<br/>lzldnn是不是也有这个问题呢?不太清楚了,</p><p>lymex很有实际经验的,一般不会错,呵呵,</p><p>44所的东西是贵,我买的是3mm*3mm的GT101,250元,你的受光面积是多少?怎么才150元呢?<br/>具体的连接方法恐怕还要自己试了才知道,或者两种方式用开关转换着用,看看哪种好一点了,<br/>lymex怎样看这两种连接方法呢(光压与光导)?<br/>另外如果用分压法(光导),分压电阻的调整好象很重要?直接关系到灵敏度和稳定性的问题?<br/>如果用电桥差分输出,还可以给输入调零,这样只要系统稳定,放大倍数可以做的很高?<br/></p>
另外请教一下,怎样解决双电源的问题呢?我是用两个7805供电(+5V,-5V),<br/>是否有某种集成块可以直接提供双电源?比如直接输出:+V、-V、地?
<p>前级运放建议使用TI的4502</p>
<p>多谢指点,从资料看,TLC4502是加电后自动一次调零,<br/>以后调零系统与放大部分基本分离,好象单、双电源都可以?<br/></p>
说实话,我感觉你的电路很奇怪,光电二极光一般都是要加反向偏压的.
<p>en</p><p>我现在也发现不是运放的问题,我用的是贴片电阻,可能有虚焊,或者其它的地方有些问题,现在觉得运放已经不是问题,大不了加个偏压调整</p><p>我这个需要线性好,应该说光伏还是对的,看到的一些资料上说,光伏没有暗电流,线性好;而光导暗电流大,线性差,但是Cj小,响应时间快</p><p>光伏没有暗电流?是完全地没有还是小到了一定程度?</p><p>我买的GT101是1mm直径的,是便宜些,还有那些地方可以买到光电二极管这个东西啊?</p><p></p>
<p>高速应用是需要反偏的,我的应用需要线性,而且是低频信号</p><p></p><p>
[B]以下是引用[I]Ethernet_lyg[/I]在2006-6-2 9:04:00的发言:[/B][BR]说实话,我感觉你的电路很奇怪,光电二极光一般都是要加反向偏压的.
</p>
<p>光电二极管当然需要在反相偏置状态下使用</p><p>用于零偏的是光电池</p><p></p>
<p>我最近买了滨松的光电二极管,因为要做可见光的测量,我是和上海办事处谈的,他们开始也是说要加1000块钱手续费,好像每一批货都是这样,然后我说,我的货比较少(十个),能不能和别的货放在一起出关的话,这样就省下来了,他们最终同意了,这样我就省下1000块钱手续费了,其实,我觉得他们肯定是把很多批货放在一起运,像我们这样的小东西,完全可以不要手续费的。</p>
<p>暗电流和反向电压很有关系,由噪声引起的暗电流很小,但探测器的电阻不够大,所以反向电压大,暗电流也会大,对电路的灵敏度有影响。</p><p>加反向电压的时候主要用在高速电路上,反向电压大,pn结结电容就小,响应速度快,寄生的噪声比较小,还有一个加反向电压的原因是如果不加反向电压,在大光强下,电路很容易饱和,使线性变差。</p><p>看你们测试的信号应该是可见光,光源有没有加调制?</p><p>我可以提供探测器,如果需要,请联系我<a href="mailto:cwli119@163.com">cwli119@163.com</a></p>
<p>请问楼主,OPA129在哪里可以申请到样片啊,一般多少钱一片啊,谢谢啊,小妹我也要弄这个东西,但是现在对这个领域还非常无知,一定要指教啊!</p>
还有,一般来说,做这样的一个放大电路,要花多少钱啊,谢谢!
<p><font size="2">有没有反向偏压的电路图啊?</font></p>
别用运放直接输出,加点三极管电阻什么的
8# lymex
您好,我刚加入这个光电论坛,是个新手。想讨教一个问题,我在做环状光电二极管放大电路,总共有32路光电流信号需要放大,我想能不能先用模拟开关选通一路,然后再I/V转换?但是据说光电流信号弱,用模拟开关怕影响很大,您说呢?
非常感谢,麻烦您了!
11# lymex
我的模拟开关想用ADG508,I/V转换采用ICL7650。32个环状光电二极管阵列,中心接收面积最小0.0594mm2,最外环接收面积125.7894mm2。这样的话产生的光电流是不一样的。不知道能否先采用模拟开关选通,再放大啊?ADG508的导通电阻是280欧姆。
不知道楼主的问题解决了没有,比较关心电源问题解决方法.
谢谢!!!!!!!!!!!!!!!!
跟我做得内容一样。我用的前级运放是AD549JH,板子还没焊好。怎么收藏帖子?
原来原帖是在这里,很多地方都见到这个帖子!
我最近也在搞这个,不过没法用大的跨阻,因为要高速采集,几十kHz的速率,采集信号后到adc,之前搞了一版,输出有待滤波,唉
我最近也在搞这个,不过没法用大的跨阻,因为要高速采集,几十kHz的速率,采集信号后到adc,之前搞了一版,输出有待滤波,唉
我最近也在搞这个,不过没法用大的跨阻,因为要高速采集,几十kHz的速率,采集信号后到adc,之前搞了一版,输出有待滤波,唉
我发表一下看法哦:
1、I/V转换电路中,反馈电阻太大,在300K这样就行,同相端自己到地,不要平衡电阻