電阻網(wǎng)絡對光電檢測電路直流偏置的抑制作用

叢夢龍　孫丹丹

摘 要 為了對微弱光信號進行提取，設計了具有100dB通頻帶增益的跨阻放大電路，并針對一般光電檢測電路存在的直流偏置現(xiàn)象進行了分析研究，提出了利用T形電阻網(wǎng)絡代替孤立反饋電阻的新型電路結(jié)構(gòu)。利用Pspice軟件對電路進行了仿真，結(jié)果表明引入T形反饋電阻網(wǎng)絡在抑制光電檢測電路直流偏置方面具有顯著的效果。

關鍵詞 電阻網(wǎng)絡；光電檢測電路；抑制作用

中圖分類號：TN29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0042-02

光電檢測具有非凡的意義，在許多科學研究與實際應用場合中，物質(zhì)的定量或定性分析往往可以通過對光強度信號的檢測來實現(xiàn)。利用紅外光譜吸收的原理，可以對空氣中的特定組分進行濃度監(jiān)測[1]；采用近紅外透射和紫外吸光度法可以檢測水質(zhì)的化學需氧量，進而對水體受到有機物污染的程度作出評價[2]。電光傳感的方法可以運用在煤礦采掘的過程中，利用光電探測器對煤炭開采環(huán)境進行溫度、濕度、以及包括甲烷、一氧化碳在內(nèi)的各種礦井氣體的含量進行定標[3]；在醫(yī)學上，基于光電檢測原理的SPR生物傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡便地檢測多種生化指標，并實時監(jiān)測生物分子間的相互作用[4]。光電二極管具有響應波段廣、線性度高、穩(wěn)定度好、重量輕及成本低廉等特點，在光照的有無、強度，位置和顏色等特性[5]的監(jiān)測方面應用十分普遍。

Pspice是一款利用計算機仿真實現(xiàn)電路模擬仿真的軟件。在實際的電路布局布線之前，可以利用Pspice對電路性能進行預測分析，電子計算機可以自動完成對所設計的電路用各種儀器進行組裝、調(diào)試和測試。仿真分析之前，用戶根據(jù)自己不同的側(cè)重點來設定不同的參數(shù)，而仿真過程中，計算機可以實現(xiàn)頻譜分析儀的頻譜分析功能，獲得電路的頻率響應，或者像示波器一樣，測試電路的瞬態(tài)時間—電壓波形，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統(tǒng)計分析、最壞情況分析等，綜合各種功能，可以全面考慮系統(tǒng)整體性能，使效果最優(yōu)。

1 光電二極管放大電路

1）典型電路。

常用的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線框內(nèi)是光電二極管PD的電路模型，它包含一個普通的二極管D1、一個光生電流源IL、結(jié)電阻RD以及結(jié)電容CT。Rf決定了電路的放大倍數(shù)，補償電容Cf可以防止在高頻區(qū)域可能產(chǎn)生的自激振蕩現(xiàn)象。運放同相端接入的電阻RC為補償電阻，可以減弱運放輸入電流引起的偏置效應。運放的反相輸入電流IB-流過Rf時會產(chǎn)生一個輸出偏置分量，IB-Rf。為了對微弱的光信號進行檢測，通常與光電二極管配合的Rf阻抗都比較大，進而偏置量很顯著，而且由于IB-的溫度系數(shù)，這個偏移量會表現(xiàn)出很大的溫度漂移。為了補償這個偏移量，應該使RC與Rf相等，此時同相端產(chǎn)生的偏移量為-IB+RT，正好與反相端的偏移量抵消。在這種電路結(jié)構(gòu)中，剩余的直流偏置誤差取決于放大器輸入電流之間的匹配誤差和電阻Rf、RC的匹配誤差，和未加入RT時相比，直流偏置電壓將減小5～10倍。

然而，新增加的RC會形成一個加在光電二極管上的電壓，這樣就引入了一個新的偏置誤差源頭。同相端的補償電壓IB+RC也施加在光電二極管上，產(chǎn)生的漏電流ID為

（1）

其中，IR為光電二極管的反向飽和電流；Vt為半導體材料的結(jié)電壓。對于硅來說，Vt=25.7 mV，只要100 mV的電壓加到二極管上，ID就會完全飽和。ID流過Rf產(chǎn)生一個輸出偏置分量IDRf。考慮到這個偏置分量，若Rf與RT完全相等，則總偏置可以寫為

（2）

當使用高靈敏度的光電二極管時，大面積的光敏面會產(chǎn)生比較大的漏電流，此時為了抵消運放輸入電流引起的偏置電壓，反而產(chǎn)生了由光電二極管漏電流引起的更大的偏置電壓，這是典型電路的不足之處。

圖1 典型的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)

2）電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。

用T形電阻網(wǎng)絡代替Rf，得到的電路如圖3所示。如果T型網(wǎng)絡的等效電阻值Req與圖1的Rf相等，則它們可以實現(xiàn)相同的放大倍數(shù)，此時網(wǎng)絡中的三個電阻與圖1中的電阻Rf滿足關系

（3）

此時，可以用遠小于Rf的RfT來實現(xiàn)同樣的跨阻增益，而為了與RfT匹配所引入的RCT也遠小于圖1中的RC。當匹配電阻與RfT相等時，得到的總偏置電壓為

（4）

表面上看，新的總偏置電壓與公式2中的一致，但實際上新的總偏置電壓要比公式2中的小得多。首先，因為補償RfT的RCT小于補償Rf的RC，因此施加在光電二極管上的電壓也小，進而新的漏電流IDT要小于典型電路中的漏電流ID。其次，由于T形網(wǎng)絡中三個電阻的阻值遠小于Rf，因此匹配誤差減小，RCT與RfT匹配的程度要遠好于RC與Rf匹配的程度。

圖2 引入T形電阻網(wǎng)絡的光電二極管放大電路

3）軟件仿真。

為了實現(xiàn)對微弱光信號檢測的目的，所選擇的光電二極管必須具有較高的靈敏度，而為了減小運算放大器引起的偏置電壓，應該選擇由場效應管作為輸入端的運放，以減小其輸入偏置電流。綜合以上考慮，我們選取日本濱松公司的S1223型硅光電二極管（結(jié)電容為100pF，結(jié)電阻為5 GΩ）和美國TI公司的LMH6642型低輸入偏置電流運算放大器，在Pspice環(huán)境中搭建了電路，并選取合適的電阻值，使典型電路與改進型電路具有相同的100dB的跨阻增益值。此時Rf=100 kΩ，而電阻網(wǎng)絡中的阻值組合不是唯一的，1種選擇是RfT=4.5 kΩ，R1=4 kΩ和R2=197 Ω。

接下來，對兩個電路分別進行了時域分析，仿真時間設定為1 s，仿真步長為1 ms。為了模擬真實的電路設計，假設電阻的匹配精度為1%，則實際的RC取值范圍是99 kΩ至101 kΩ，而RCT的取值范圍是4.55 kΩ到4.46 kΩ。在兩種電路中分別取最差的匹配情況進行仿真，結(jié)果如表1所示。

2 結(jié)論

本文分析了典型的由孤立電阻作為反饋元件的光電檢測電路的直流偏置電壓來源。產(chǎn)生的原因主要有兩點，一是運算放大器同相與反相輸入電流的不對稱性；二是光電二極管的漏電流。當需要檢測微弱光信號時，由于光電二極管的漏電流比較大，且反饋電阻阻值也很大，因此典型結(jié)構(gòu)的補償電阻可能會引入更大的偏置。為解決這一問題，我們引入T形電阻網(wǎng)絡對原有電路進行了變形，由于T形網(wǎng)絡中的阻值較小，因而同相與反相端電阻匹配程度更高，同時加在光電二極管上的偏置電壓比典型電路要小。從Pspice仿真的結(jié)果來看，我們的分析是正確的，對于同樣的通頻帶增益和電阻精度標準，新的電路具有更小的偏置電壓。

參考文獻

[1]胡昌寶，何振江，胡仁義，唐紫晶.長光程吸收光譜空氣質(zhì)量監(jiān)測方法問題分析[J].光學與光電技術(shù)，2008（03）：

64-66.

[2]吳國慶，畢衛(wèi)紅，呂佳明，付廣偉.近紅外透射和紫外吸光度法檢測水質(zhì)化學需氧量的研究[J].光譜學與光譜分析，2011（06）：1486-1489.

[3]朱運東.光電檢測技術(shù)在煤炭產(chǎn)業(yè)中的適用性探究[J].煤炭技術(shù)，2013（11）：278-279.

[4]繆璐，劉仲明，張水華.SPR生物傳感器在臨床醫(yī)學檢驗中的應用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006（08）：36-37.

[5]宋濤，張斌，羅倩倩.光電轉(zhuǎn)換電路的設計與優(yōu)化[J].光電技術(shù)應用，2010（06）：46-48.

作者簡介

叢夢龍（1983-），男，滿族，內(nèi)蒙古通遼人，講師，博士，2011年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事光電信息檢測及自動控制方面的研究。

孫丹丹（1983-），女，黑龍江齊齊哈爾人，助教，碩士，2009年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事模糊邏輯及嵌入式開發(fā)方面的研究。endprint

摘 要 為了對微弱光信號進行提取，設計了具有100dB通頻帶增益的跨阻放大電路，并針對一般光電檢測電路存在的直流偏置現(xiàn)象進行了分析研究，提出了利用T形電阻網(wǎng)絡代替孤立反饋電阻的新型電路結(jié)構(gòu)。利用Pspice軟件對電路進行了仿真，結(jié)果表明引入T形反饋電阻網(wǎng)絡在抑制光電檢測電路直流偏置方面具有顯著的效果。

關鍵詞 電阻網(wǎng)絡；光電檢測電路；抑制作用

中圖分類號：TN29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0042-02

光電檢測具有非凡的意義，在許多科學研究與實際應用場合中，物質(zhì)的定量或定性分析往往可以通過對光強度信號的檢測來實現(xiàn)。利用紅外光譜吸收的原理，可以對空氣中的特定組分進行濃度監(jiān)測[1]；采用近紅外透射和紫外吸光度法可以檢測水質(zhì)的化學需氧量，進而對水體受到有機物污染的程度作出評價[2]。電光傳感的方法可以運用在煤礦采掘的過程中，利用光電探測器對煤炭開采環(huán)境進行溫度、濕度、以及包括甲烷、一氧化碳在內(nèi)的各種礦井氣體的含量進行定標[3]；在醫(yī)學上，基于光電檢測原理的SPR生物傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡便地檢測多種生化指標，并實時監(jiān)測生物分子間的相互作用[4]。光電二極管具有響應波段廣、線性度高、穩(wěn)定度好、重量輕及成本低廉等特點，在光照的有無、強度，位置和顏色等特性[5]的監(jiān)測方面應用十分普遍。

Pspice是一款利用計算機仿真實現(xiàn)電路模擬仿真的軟件。在實際的電路布局布線之前，可以利用Pspice對電路性能進行預測分析，電子計算機可以自動完成對所設計的電路用各種儀器進行組裝、調(diào)試和測試。仿真分析之前，用戶根據(jù)自己不同的側(cè)重點來設定不同的參數(shù)，而仿真過程中，計算機可以實現(xiàn)頻譜分析儀的頻譜分析功能，獲得電路的頻率響應，或者像示波器一樣，測試電路的瞬態(tài)時間—電壓波形，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統(tǒng)計分析、最壞情況分析等，綜合各種功能，可以全面考慮系統(tǒng)整體性能，使效果最優(yōu)。

1 光電二極管放大電路

1）典型電路。

常用的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線框內(nèi)是光電二極管PD的電路模型，它包含一個普通的二極管D1、一個光生電流源IL、結(jié)電阻RD以及結(jié)電容CT。Rf決定了電路的放大倍數(shù)，補償電容Cf可以防止在高頻區(qū)域可能產(chǎn)生的自激振蕩現(xiàn)象。運放同相端接入的電阻RC為補償電阻，可以減弱運放輸入電流引起的偏置效應。運放的反相輸入電流IB-流過Rf時會產(chǎn)生一個輸出偏置分量，IB-Rf。為了對微弱的光信號進行檢測，通常與光電二極管配合的Rf阻抗都比較大，進而偏置量很顯著，而且由于IB-的溫度系數(shù)，這個偏移量會表現(xiàn)出很大的溫度漂移。為了補償這個偏移量，應該使RC與Rf相等，此時同相端產(chǎn)生的偏移量為-IB+RT，正好與反相端的偏移量抵消。在這種電路結(jié)構(gòu)中，剩余的直流偏置誤差取決于放大器輸入電流之間的匹配誤差和電阻Rf、RC的匹配誤差，和未加入RT時相比，直流偏置電壓將減小5～10倍。

然而，新增加的RC會形成一個加在光電二極管上的電壓，這樣就引入了一個新的偏置誤差源頭。同相端的補償電壓IB+RC也施加在光電二極管上，產(chǎn)生的漏電流ID為

（1）

其中，IR為光電二極管的反向飽和電流；Vt為半導體材料的結(jié)電壓。對于硅來說，Vt=25.7 mV，只要100 mV的電壓加到二極管上，ID就會完全飽和。ID流過Rf產(chǎn)生一個輸出偏置分量IDRf。考慮到這個偏置分量，若Rf與RT完全相等，則總偏置可以寫為

（2）

當使用高靈敏度的光電二極管時，大面積的光敏面會產(chǎn)生比較大的漏電流，此時為了抵消運放輸入電流引起的偏置電壓，反而產(chǎn)生了由光電二極管漏電流引起的更大的偏置電壓，這是典型電路的不足之處。

圖1 典型的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)

2）電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。

用T形電阻網(wǎng)絡代替Rf，得到的電路如圖3所示。如果T型網(wǎng)絡的等效電阻值Req與圖1的Rf相等，則它們可以實現(xiàn)相同的放大倍數(shù)，此時網(wǎng)絡中的三個電阻與圖1中的電阻Rf滿足關系

（3）

此時，可以用遠小于Rf的RfT來實現(xiàn)同樣的跨阻增益，而為了與RfT匹配所引入的RCT也遠小于圖1中的RC。當匹配電阻與RfT相等時，得到的總偏置電壓為

（4）

表面上看，新的總偏置電壓與公式2中的一致，但實際上新的總偏置電壓要比公式2中的小得多。首先，因為補償RfT的RCT小于補償Rf的RC，因此施加在光電二極管上的電壓也小，進而新的漏電流IDT要小于典型電路中的漏電流ID。其次，由于T形網(wǎng)絡中三個電阻的阻值遠小于Rf，因此匹配誤差減小，RCT與RfT匹配的程度要遠好于RC與Rf匹配的程度。

圖2 引入T形電阻網(wǎng)絡的光電二極管放大電路

3）軟件仿真。

為了實現(xiàn)對微弱光信號檢測的目的，所選擇的光電二極管必須具有較高的靈敏度，而為了減小運算放大器引起的偏置電壓，應該選擇由場效應管作為輸入端的運放，以減小其輸入偏置電流。綜合以上考慮，我們選取日本濱松公司的S1223型硅光電二極管（結(jié)電容為100pF，結(jié)電阻為5 GΩ）和美國TI公司的LMH6642型低輸入偏置電流運算放大器，在Pspice環(huán)境中搭建了電路，并選取合適的電阻值，使典型電路與改進型電路具有相同的100dB的跨阻增益值。此時Rf=100 kΩ，而電阻網(wǎng)絡中的阻值組合不是唯一的，1種選擇是RfT=4.5 kΩ，R1=4 kΩ和R2=197 Ω。

接下來，對兩個電路分別進行了時域分析，仿真時間設定為1 s，仿真步長為1 ms。為了模擬真實的電路設計，假設電阻的匹配精度為1%，則實際的RC取值范圍是99 kΩ至101 kΩ，而RCT的取值范圍是4.55 kΩ到4.46 kΩ。在兩種電路中分別取最差的匹配情況進行仿真，結(jié)果如表1所示。

2 結(jié)論

本文分析了典型的由孤立電阻作為反饋元件的光電檢測電路的直流偏置電壓來源。產(chǎn)生的原因主要有兩點，一是運算放大器同相與反相輸入電流的不對稱性；二是光電二極管的漏電流。當需要檢測微弱光信號時，由于光電二極管的漏電流比較大，且反饋電阻阻值也很大，因此典型結(jié)構(gòu)的補償電阻可能會引入更大的偏置。為解決這一問題，我們引入T形電阻網(wǎng)絡對原有電路進行了變形，由于T形網(wǎng)絡中的阻值較小，因而同相與反相端電阻匹配程度更高，同時加在光電二極管上的偏置電壓比典型電路要小。從Pspice仿真的結(jié)果來看，我們的分析是正確的，對于同樣的通頻帶增益和電阻精度標準，新的電路具有更小的偏置電壓。

參考文獻

[1]胡昌寶，何振江，胡仁義，唐紫晶.長光程吸收光譜空氣質(zhì)量監(jiān)測方法問題分析[J].光學與光電技術(shù)，2008（03）：

64-66.

[2]吳國慶，畢衛(wèi)紅，呂佳明，付廣偉.近紅外透射和紫外吸光度法檢測水質(zhì)化學需氧量的研究[J].光譜學與光譜分析，2011（06）：1486-1489.

[3]朱運東.光電檢測技術(shù)在煤炭產(chǎn)業(yè)中的適用性探究[J].煤炭技術(shù)，2013（11）：278-279.

[4]繆璐，劉仲明，張水華.SPR生物傳感器在臨床醫(yī)學檢驗中的應用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006（08）：36-37.

[5]宋濤，張斌，羅倩倩.光電轉(zhuǎn)換電路的設計與優(yōu)化[J].光電技術(shù)應用，2010（06）：46-48.

作者簡介

叢夢龍（1983-），男，滿族，內(nèi)蒙古通遼人，講師，博士，2011年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事光電信息檢測及自動控制方面的研究。

孫丹丹（1983-），女，黑龍江齊齊哈爾人，助教，碩士，2009年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事模糊邏輯及嵌入式開發(fā)方面的研究。endprint

摘 要 為了對微弱光信號進行提取，設計了具有100dB通頻帶增益的跨阻放大電路，并針對一般光電檢測電路存在的直流偏置現(xiàn)象進行了分析研究，提出了利用T形電阻網(wǎng)絡代替孤立反饋電阻的新型電路結(jié)構(gòu)。利用Pspice軟件對電路進行了仿真，結(jié)果表明引入T形反饋電阻網(wǎng)絡在抑制光電檢測電路直流偏置方面具有顯著的效果。

關鍵詞 電阻網(wǎng)絡；光電檢測電路；抑制作用

中圖分類號：TN29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0042-02

光電檢測具有非凡的意義，在許多科學研究與實際應用場合中，物質(zhì)的定量或定性分析往往可以通過對光強度信號的檢測來實現(xiàn)。利用紅外光譜吸收的原理，可以對空氣中的特定組分進行濃度監(jiān)測[1]；采用近紅外透射和紫外吸光度法可以檢測水質(zhì)的化學需氧量，進而對水體受到有機物污染的程度作出評價[2]。電光傳感的方法可以運用在煤礦采掘的過程中，利用光電探測器對煤炭開采環(huán)境進行溫度、濕度、以及包括甲烷、一氧化碳在內(nèi)的各種礦井氣體的含量進行定標[3]；在醫(yī)學上，基于光電檢測原理的SPR生物傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡便地檢測多種生化指標，并實時監(jiān)測生物分子間的相互作用[4]。光電二極管具有響應波段廣、線性度高、穩(wěn)定度好、重量輕及成本低廉等特點，在光照的有無、強度，位置和顏色等特性[5]的監(jiān)測方面應用十分普遍。

Pspice是一款利用計算機仿真實現(xiàn)電路模擬仿真的軟件。在實際的電路布局布線之前，可以利用Pspice對電路性能進行預測分析，電子計算機可以自動完成對所設計的電路用各種儀器進行組裝、調(diào)試和測試。仿真分析之前，用戶根據(jù)自己不同的側(cè)重點來設定不同的參數(shù)，而仿真過程中，計算機可以實現(xiàn)頻譜分析儀的頻譜分析功能，獲得電路的頻率響應，或者像示波器一樣，測試電路的瞬態(tài)時間—電壓波形，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統(tǒng)計分析、最壞情況分析等，綜合各種功能，可以全面考慮系統(tǒng)整體性能，使效果最優(yōu)。

1 光電二極管放大電路

1）典型電路。

常用的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線框內(nèi)是光電二極管PD的電路模型，它包含一個普通的二極管D1、一個光生電流源IL、結(jié)電阻RD以及結(jié)電容CT。Rf決定了電路的放大倍數(shù)，補償電容Cf可以防止在高頻區(qū)域可能產(chǎn)生的自激振蕩現(xiàn)象。運放同相端接入的電阻RC為補償電阻，可以減弱運放輸入電流引起的偏置效應。運放的反相輸入電流IB-流過Rf時會產(chǎn)生一個輸出偏置分量，IB-Rf。為了對微弱的光信號進行檢測，通常與光電二極管配合的Rf阻抗都比較大，進而偏置量很顯著，而且由于IB-的溫度系數(shù)，這個偏移量會表現(xiàn)出很大的溫度漂移。為了補償這個偏移量，應該使RC與Rf相等，此時同相端產(chǎn)生的偏移量為-IB+RT，正好與反相端的偏移量抵消。在這種電路結(jié)構(gòu)中，剩余的直流偏置誤差取決于放大器輸入電流之間的匹配誤差和電阻Rf、RC的匹配誤差，和未加入RT時相比，直流偏置電壓將減小5～10倍。

然而，新增加的RC會形成一個加在光電二極管上的電壓，這樣就引入了一個新的偏置誤差源頭。同相端的補償電壓IB+RC也施加在光電二極管上，產(chǎn)生的漏電流ID為

（1）

其中，IR為光電二極管的反向飽和電流；Vt為半導體材料的結(jié)電壓。對于硅來說，Vt=25.7 mV，只要100 mV的電壓加到二極管上，ID就會完全飽和。ID流過Rf產(chǎn)生一個輸出偏置分量IDRf?？紤]到這個偏置分量，若Rf與RT完全相等，則總偏置可以寫為

（2）

當使用高靈敏度的光電二極管時，大面積的光敏面會產(chǎn)生比較大的漏電流，此時為了抵消運放輸入電流引起的偏置電壓，反而產(chǎn)生了由光電二極管漏電流引起的更大的偏置電壓，這是典型電路的不足之處。

圖1 典型的光電二極管放大電路結(jié)構(gòu)

2）電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。

用T形電阻網(wǎng)絡代替Rf，得到的電路如圖3所示。如果T型網(wǎng)絡的等效電阻值Req與圖1的Rf相等，則它們可以實現(xiàn)相同的放大倍數(shù)，此時網(wǎng)絡中的三個電阻與圖1中的電阻Rf滿足關系

（3）

此時，可以用遠小于Rf的RfT來實現(xiàn)同樣的跨阻增益，而為了與RfT匹配所引入的RCT也遠小于圖1中的RC。當匹配電阻與RfT相等時，得到的總偏置電壓為

（4）

表面上看，新的總偏置電壓與公式2中的一致，但實際上新的總偏置電壓要比公式2中的小得多。首先，因為補償RfT的RCT小于補償Rf的RC，因此施加在光電二極管上的電壓也小，進而新的漏電流IDT要小于典型電路中的漏電流ID。其次，由于T形網(wǎng)絡中三個電阻的阻值遠小于Rf，因此匹配誤差減小，RCT與RfT匹配的程度要遠好于RC與Rf匹配的程度。

圖2 引入T形電阻網(wǎng)絡的光電二極管放大電路

3）軟件仿真。

為了實現(xiàn)對微弱光信號檢測的目的，所選擇的光電二極管必須具有較高的靈敏度，而為了減小運算放大器引起的偏置電壓，應該選擇由場效應管作為輸入端的運放，以減小其輸入偏置電流。綜合以上考慮，我們選取日本濱松公司的S1223型硅光電二極管（結(jié)電容為100pF，結(jié)電阻為5 GΩ）和美國TI公司的LMH6642型低輸入偏置電流運算放大器，在Pspice環(huán)境中搭建了電路，并選取合適的電阻值，使典型電路與改進型電路具有相同的100dB的跨阻增益值。此時Rf=100 kΩ，而電阻網(wǎng)絡中的阻值組合不是唯一的，1種選擇是RfT=4.5 kΩ，R1=4 kΩ和R2=197 Ω。

接下來，對兩個電路分別進行了時域分析，仿真時間設定為1 s，仿真步長為1 ms。為了模擬真實的電路設計，假設電阻的匹配精度為1%，則實際的RC取值范圍是99 kΩ至101 kΩ，而RCT的取值范圍是4.55 kΩ到4.46 kΩ。在兩種電路中分別取最差的匹配情況進行仿真，結(jié)果如表1所示。

2 結(jié)論

本文分析了典型的由孤立電阻作為反饋元件的光電檢測電路的直流偏置電壓來源。產(chǎn)生的原因主要有兩點，一是運算放大器同相與反相輸入電流的不對稱性；二是光電二極管的漏電流。當需要檢測微弱光信號時，由于光電二極管的漏電流比較大，且反饋電阻阻值也很大，因此典型結(jié)構(gòu)的補償電阻可能會引入更大的偏置。為解決這一問題，我們引入T形電阻網(wǎng)絡對原有電路進行了變形，由于T形網(wǎng)絡中的阻值較小，因而同相與反相端電阻匹配程度更高，同時加在光電二極管上的偏置電壓比典型電路要小。從Pspice仿真的結(jié)果來看，我們的分析是正確的，對于同樣的通頻帶增益和電阻精度標準，新的電路具有更小的偏置電壓。

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作者簡介

叢夢龍（1983-），男，滿族，內(nèi)蒙古通遼人，講師，博士，2011年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事光電信息檢測及自動控制方面的研究。

孫丹丹（1983-），女，黑龍江齊齊哈爾人，助教，碩士，2009年畢業(yè)于吉林大學電子科學與工程學院，現(xiàn)工作于內(nèi)蒙古民族大學物理與電子信息學院，主要從事模糊邏輯及嵌入式開發(fā)方面的研究。endprint