激光二極管發射控制的精密方法(04-100)

　　光電二極管

　　硅光電二極管的結構除P層非常薄外其他與PN結二極管類似。調節P層厚度適合于所檢測的光波長。光電二極管也具有電容，電容與所加反向偏置電壓成正比，其電型值為2~20pF。光電二極管有兩個端：陽極和陰極。二極管可用在正向模式(電流從陽極流向陰極)或反向模式(電流從陰極流向陽極)。當所用光電二極管處于反向模式(陽極負)時，它與給定頻率的光照是嚴格線性關系，這是有利的特性。線性特性使得建造控制電路變得相當容易。

　　典型設計

　　圖2示出采用運放的電路，用于分析控制環路。此電路驅動1個PNP晶體管，此晶體管為產生光發射的LED提供電流。光發射照射到光電二極管，光電二極管把光發射轉換為非常小的電流(通常為10mA)。在這種情況下，二極管用在反向模式，所以在無光呈現時，電流為零，但是光電二極管和放大器中的漏電流(也稱之為“暗電流”)是過載。此條件牽引由晶體管基極電阻所限制的電流，開始時晶體管處于飽和狀態。一旦電流開始流經晶體管，則LED或激光二極管將開始發射光。光電二極管把此部分光轉換為電流，流經RG。隨著電壓趨于VBIAS(在圖2中為地)，環路將閉合并保持驅動晶體管的電流來維持LED中的電流以保持恒定光強度(或光電二極管中的電流)。此構成電路DC分析的基礎。圖3為用NS公司LMV2011精密運放實際實現電路。用NS的LM4041-1.2并聯基準產生基準電壓，提供固定的1.225V基準電壓。設置基準中的電流在10mA左右，這是工作電流的中間值。由兩個1%精度電阻器產生VBIAS，其值設置在1V左右。為了計算閉合控制環路中的光電二極管電流，VREF和VBIAS之差除RG。注意，為了此電路工作，VBIAS必須小于VREF。對于10mA光電二極管電流，RG為0.2×10E-6或 20.0KΩ。4.7KΩ電阻器限制PN200A PNP晶體管基極電流，設置在1mA左右。晶體管b值為100左右，所以晶體管可提供的最大電流為100mA左右，這超過了微型SOT-23封裝的熱耗。為了避免晶體管的熱擊穿，用與LED或激光二極管串聯的電阻器限制晶體管集電極電流。若需要更大電流，則具有較大集電極電流的晶體管應該用較大的封裝(如SOT-223)。為限制電路帶寬以保持穩定性，用與光電二極管并聯的15pF電容器使放大器滾降頻率在250KHz左右。