改進光電晶體管線性運行的反饋電路

當設計者用光電晶體管將一個調(diào)制后的光信號轉(zhuǎn)換成電信號時，如果有高亮度的背光使光電晶體管飽和，就會遇到麻煩。當光電晶體管基極端懸浮時，其集電極/射極電壓只取決于信號與背光重疊而產(chǎn)生的光電流。光電晶體管增益及其作用區(qū)范圍由R1阻值（見圖1）確定。R1阻值較高時，電路的增益增加，但光電晶體管會很快飽和。圖1中沒有背光照射時，晶體管工作在其線性區(qū)的偏置點f2，Q1 的集電極電壓圍繞VCE作線性變化。其輸出VOUT準確地重復使調(diào)制光信號產(chǎn)生幅度波動。當施加外部穩(wěn)定的背光照明時，電路的工作點移至偏置點f3，輸出電壓被壓縮并出現(xiàn)失真。

　一般情況下，外界的背光照明波動要慢于所要求的信號。為簡化起見，該設計采用一種一階低通濾波器C1和R2，其截止頻率低于信號
頻率，以便采樣Q1的集電極電壓。在R3上加一個基準電壓（本例中為VCC）設定濾波器電路的直流工作點，使之位于光電晶體管截止電壓與飽和電壓的中點。低通濾波器的輸出驅(qū)動一個 Howland 電流源，產(chǎn)生一個與濾波器的輸出成正比的電流。當背光照明增強時，Q1的集電極電壓減小。Q1基極電流中減去電流源的輸出，從而提高了Q1集電極電壓，以避免進入飽和。

　　根據(jù)公式AV=1+(R4/R3)，R4與R3之比確定了有源低通濾波器的增益，而R5設定了電流源的跨導：GM=1/R5。改變這些電阻器可以影響來自光電晶體管基極的電流量，以及電路的工作點。光電晶體管的電容要比濾波器小得多，以保證圖2中的電路不會振蕩。但是，如果用一個二階低通濾波器代替一階低通濾波器，則需要仔細選擇電容器的容量值，以防止出現(xiàn)振蕩。

　　用一個100W熒光燈泡照射光電晶體管，可以產(chǎn)生高強度的背光照明，同時還因為加上的是交流電壓而產(chǎn)生一個快速變化的信號。圖3為燈泡距光電晶體管40cm時Q1集電極/基極電壓，分別為反饋電路激活（圖3a），以及光電晶體管基極懸浮（圖3b）狀態(tài)。兩者的響應類似，因為光電晶體管在此時施加的光強度下并未飽和。

將燈泡定位在距光電晶體管20cm處，增強了背光的強度，并使光電晶體管接近于飽和。當使用反饋時，光電晶體管產(chǎn)生較高幅度的信號，盡管其偏置點幾乎保持不變（圖4a）。Q1集電極的平均直流電壓大致保持與較低光強度時相同水平（圖3a）。然而，當沒有加反饋時，光電晶體管的偏置點會移近飽和區(qū)，而且?guī)缀鯔z測不到交流調(diào)制的光強度變化（圖4b）。