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单片机开发光电二极管放大器的设计技巧
如何放大光电二极管信号
放大由光电二极管产生的极低幅度电流的标准方法是使用该电流作为基于运算放大器的跨阻放大器（TIA）的输入。下图提供了连接到TIA的光电二极管的示例；光电二极管的电压偏置为零，这意味着光电二极管以光伏模式工作。
图1.连接至跨阻放大器的光电二极管
保持光电二极管电路的稳定性
在上面显示的电路中，只有电阻器（R F）提供增益。电容器（C F）的目的是通过补偿光电二极管的内部结电容来避免振荡问题，该内部结电容会在反馈网络中产生一个极点。C F通过在反馈网络中创建零来进行补偿。
振荡是光电二极管电路的一个非常实际的问题。的确，内部频率补偿通常可以保护运放的稳定性，但是即使使用内部补偿的运放，光电二极管TIA也会振荡。
合并直流偏移
在某些情况下，您可能希望使用光电二极管记录由特定类型的短时光学或热事件产生的波形。您可以使用交流耦合来消除环境辐射的影响，从而允许系统仅检测瞬态照明，但是波形的下降沿可能会延伸到地面以下。
在单电源系统中，这可能会出现问题：如果运算放大器的负电源接地，则超过0 V的波形部分将被削波。
您可以通过在运算放大器的同相输入端子上施加一个小的直流电压（称为V OFFSET）来解决此问题。在没有输入信号的情况下，V OFFSET将变为放大器产生的输出电平。波形的下降沿将能够延伸到该电压以下，并且在瞬态事件之后，放大后的输出最终将返回到V OFFSET。
图2. 与图1相同的连接到跨阻放大器的光电二极管，但具有直流偏移。
在此示例中，我使用电阻分压器来生成合适的偏移电压。并联电容器有助于抑制源自电源的高频噪声。
您选择的失调电压将取决于应用。您不希望使V OFFSET大于所需的值：如果偏移为500 mV，但您的输入波形从未延伸到比地面高200 mV以下，则您损失了300 mV的正摆幅信号摆幅波形
请记住，由于虚拟短路，施加在同相输入端子上的电压也会出现在反相输入端子上。这意味着正偏移电压将导致光电二极管具有反向偏置。
即使您不确定要保留波形的地下部分，但在设计单电源系统时，也应考虑包括一个小的（也许为100 mV）失调电压，因为这会阻止运算放大器在负轨处饱和。
饱和并不是灾难性的，但运算放大器（与比较器不同）并未针对在电源轨上产生输出电压进行优化。饱和的运算放大器需要一些时间才能达到饱和状态。因此，当响应输入信号时，在负电源轨上饱和的TIA将显示一些延迟。