광 트랜지스터 트랜스 임피던스 증폭기

일반적인 NPN 포토 트랜지스터가 있습니다. 공통 수집기 구성에서 작동하고 있습니다. 이 애플리케이션 노트 의 그림 2를 참조 하십시오 .

Re를 증가 시키면 감도는 증가하지만 속도는 감소합니다. 나는 며칠 동안 포토 트랜지스터를 연구 해 왔으며 더 이상 이미 터를 다시로드하지 않기 때문에 트랜스 임피던스 증폭기가 속도를 희생하지 않고도 추가 감도를 줄 수 있다고 생각합니다.

그러나 간단한 구현을 찾지 못하는 것 같습니다. 대부분의 앱 노트는 포토 다이오드를 설명합니다. 포토 다이오드와 달리, 포토 트랜지스터는 바이어스되어야하며, 포토 트랜지스터 사용에 대해 논의하는 몇몇 애플리케이션 노트는 트랜스 임피던스 증폭기에 네거티브 바이어스 전압이 있다고 가정합니다. 단일 전원 연산 증폭기와 작동하는 솔루션이 필요합니다.

트랜스 임피던스 증폭기의 비 반전 입력에 대한 가상 접지가 포토 트랜지스터를 올바르게 바이어스합니까? 일반적으로 가상 접지는 VCC와 GND 사이의 중간이지만, 반드시 그런 것은 아닙니다. 내 광 트랜지스터 포화 전압은 0.15V입니다. VCC = 3.3V가 주어지면 가상 접지가 ~ 3V에있을 수 있습니까?

이 회로를 설계하는 더 좋은 방법이 있습니까? 아마도 2 단계 증폭기가 있기 때문에 출력이 가능한 한 GND에 가깝게되기를 원합니다.

편집하다:

응용 프로그램에 대한 자세한 내용. 나는 빛의 레벨을 감지하고 있습니다. 낮음, 매우 낮음 및 꺼짐. 주변 광에는 문제가 없으므로이 질문의 포토 트랜지스터 측면에 너무 집중하지 않겠습니다. 관심 대역폭은 약 1-10 kHz입니다. 공동 수집가는 거의 작동합니다. 원하는 대역폭을 유지하면서 Re를 가능한 한 높게 올렸지 만 여전히 약 2 배 더 큰 Re를 원하므로 신호가 너무 느립니다.

나는 지난 2 일 동안 포토 다이오드와 포토 트랜지스터로 매우 낮은 조명 수준의 프로젝트를 수행하려고 노력해왔다. 이것은 자신과 같은 사람들과 광전자 증 배관없이 빛 감지 기능을 한계치 (0.1mW / cm ^ 2 이하)로 밀고있는 오리지널 포스터를위한 것입니다.

첫 번째 수신기 모듈을 살펴 보았고 최소 조도 감지는 0.2mW / m ^ 2였으며 이는 개별 광 다이오드 및 광 트랜지스터가 수행 할 수있는 것보다 약 10,000 배 (능력이 낮음)입니다 (m ^ 2 대신 cm ^ 2를 의미했을까요? ). "Art of Electronics"에 따르면 (약 996 페이지의 uW 당 1uA) 실제로 누설 전류와 노이즈로 인해 사람의 눈에 도달 할 수없는 것은 거의 없습니다. 그는 당신의 조명 수준이 너무 낮을 때 필요할 수있는 광전자 증 배관 을 사용 하는 것을 설명 합니다. 그러나 조명이 밝은 방에서 손가락을 통해 빛을 비추면 오실로스코프 (PhotoDiode 또는 PhotoTransistor)로 눈이 감지 할 수없는 것을 볼 수 있습니다.

uW 당 1uA가 정확하다고 가정하면, 예를 들면 다음과 같습니다. 5mm 포토 다이오드와 포토 트랜지스터의 면적은 20μm ^ 2입니다. 따라서 1 uW / m ^ 2 (정오의 1/1000 일)는 20 uA를 생성합니다 (Art of Electr에 따름). [[정오의 1/1000 분의 1은 1 W / m ^ 2이며, 이는 1 미터에서 20W 백열등의 약 2 배입니다 (주변 구체의 12m ^ 2 표면적으로 6W 출력)). ]]

그러나 내 880nm 포토 트랜지스터 데이터 시트는 1W / m ^ 2 (0.1mW / cm ^ 2)에서 600uA로 30 배 더 높습니다. 이것은 모든 빛이 다이오드 접합의 활성 범위 내에 있다고 가정합니다.

Sharp는 애플리케이션 노트가 훨씬 우수하지만 어떤 상황에 가장 적합한 디자인을 설명하는 데 부족한 것 같습니다. 그림 13은 오리지널 포스터와 내가 필요로하는 것에 가장 적합하며, 그림 10B는 매우 흥미롭지 만 "응답 개선"의 의미를 모르겠습니다. http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf

Op 앰프와 함께 사용하면, 광 트랜지스터는 초기 게인 (op amp 대신 트랜지스터)을 얻는 "저렴한"방법을 사용하기 때문에 매우 낮은 광량에 대해 포토 다이오드만큼의 이득을 얻는 캡 바일을하지 않을 수 있습니다. JFET 연산 증폭기 (매우 낮은 입력 전류)가있는 포토 다이오드는 궁극적으로 노이즈가 적 으면서 더 높은 이득을 제공 할 것으로 생각됩니다. 어쨌든 가장 큰 광 수신 영역을 가진 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터는 저조도를 감지하는 최고의 능력을 가질 수 있지만, 이는 비례량만큼 노이즈 및 누설을 증가시킬 수 있으며 일반적으로 근본적인 문제입니다. 따라서 이러한 유형의 광 감지에는 한계가 있으며 이상적으로 효율적인 광 트랜지스터 및 광 다이오드는 연산 증폭기와 함께 사용할 때 궁극적으로 똑같이 좋을 수 있지만 이론적으로는 광 다이오드가 조금 더 좋다고 생각합니다.

듀얼 서플라이 연산 증폭기의 경우 "낮은"값의 저항 쌍 (10V Vcc의 경우 2k, 5mA 바이어스를 얻음)을 사용하여 전압을 분리하여 + Vin에 대한 잘못된 접지를 생성 할 수 있습니다.

피드백 저항에 대한 R = 1M이 R = 4.7M보다 훨씬 우수하다는 것을 알았습니다. Forrest Mimms는 간단한 옵토 북에서 평행 한 0.002uF의 10M과 광 트랜지스터 또는 포토 다이오드 대신 태양 광 셀을 사용하여 "매우"낮은 조명 레벨 (어쩌면 귀하의 응용 분야에 더 좋을 수도 있습니다)에 태양 전지를 사용했습니다. 정션은 작은 케이스 다이오드를 사용하여 빛을 감지하는 것에 대해 읽었을 때 어느 정도 태양 전지로 작동하는 것 같습니다. 저는 "광 다이오드"로 일반 830nm LED를 사용하고 있습니다.

사용하는 5mm 광학 다이오드의 렌즈 각도가 큰 차이를 만듭니다. 광원이 +/- 10도 미만으로 들어오는 경우 +/- 10 도는 +/- 20 도보 다 약 4 배 더 민감합니다. 광원이 전면 +/- 20 도의 큰 영역이면 중요하지 않습니다.

아래 두 회로를 테스트했습니다. 포토 트랜지스터의 Vo에서 0.3V, 5ms 펄스를 감지 할 수 있는데, 이는 0.3uA를 의미하며, 데이터 시트를 읽은 값이 정확하고 0.3uA까지 줄곧 (큰 경우) 유지되는 경우 0.05uW / cm ^ 2를 의미합니다. 아마도 5 uW / cm ^ 2 일 것입니다. 0.05 uW / cm ^ 2가 올바른 경우, 기성품 830 LED가 0.5 uW / cm ^ 2까지 판독되었습니다. 나는 1cm의 조직 (내 손가락)을 통해 10mW 830nm의 빛을 비췄다. 내가 작업하고있는 조명 수준이 빨간색이면 거의 보이지 않았을 것입니다. 아래 링크는 포토 다이오드와 함께 500M 옴 피드백을 사용하는 것을 보여줍니다. 내 LED (대부분의 인터넷 링크에서 거꾸로 됨)와 동일한 포토 다이오드의 방향을 확인하십시오. 이 방법으로 더 나은 결과를 얻었습니다.

http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf

나는 또한 반전 연산 증폭기에 대해 생각하고 있었다. 가장 좋은 점은 이중 전원 공급 장치이므로 가상 접지를 만들기 위해 입력을 바이어스하지 않아도됩니다. 사진은 회로도를 보여줍니다. 양의 접지 참조 신호가 나타납니다. 더 많은 빛 = 더 높은 출력 전압.

$V_{OUT} = I_{PHOTOTRANSISTOR} \times R_{FEEDBACK}$

$V_{CC}$

dd를 편집하십시오 . 2012-08-15은
년 이 답변 알프레드는 것을 보여 주었다 포토 다이오드는 또한 가로 지르는 전압 강하없이 전류를 싱크 할 것이다. 즉, 부정적인 공급이 필요하지 않으며 단일 공급이 가능합니다.

RRIO (Rail-to-Rail I / O) opamp인지 확인하십시오.

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위 I에서 당신이 빛 수준, 즉 아날로그 값을 측정 할 것으로 추정. 그러나 귀하의 질문을 다시 읽으면 아무데도 말하지 않습니다. 속도는 펄스 코드 수신을 나타냅니다. 그것이 당신이 원하는 것이라면, 신호는 어떻게 생겼습니까? 파장 (IR 또는 가시 광선)은 무엇입니까? IR 수신기 모듈 을 사용할 수 없습니까 ?

유연성이 정말로 필요하다면 포토 트랜지스터 대신 포토 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. 이미 트랜스 임피던스 앰프를 만들고있는 것입니다.

또한, 피사체에 좋은 책, 거기에 많은 낮은 노이즈 및 / 또는 고속에 대한 상세한 회로 예.
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