改進(jìn)光電晶體管線性運(yùn)行的反饋電路

當(dāng)設(shè)計(jì)者用光電晶體管將一個(gè)調(diào)制后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，如果有高亮度的背光使光電晶體管飽和，就會(huì)遇到麻煩。當(dāng)光電晶體管基極端懸浮時(shí)，其集電極/射極電壓只取決于信號(hào)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(shí)，電路的增益增加，但光電晶體管會(huì)很快飽和。圖1中沒有背光照射時(shí)，晶體管工作在其線性區(qū)的偏置點(diǎn)f2，Q1 的集電極電壓圍繞VCE作線性變化。其輸出VOUT準(zhǔn)確地重復(fù)使調(diào)制光信號(hào)產(chǎn)生幅度波動(dòng)。當(dāng)施加外部穩(wěn)定的背光照明時(shí)，電路的工作點(diǎn)移至偏置點(diǎn)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(dòng)要慢于所要求的信號(hào)。為簡(jiǎn)化起見，該設(shè)計(jì)采用一種一階低通濾波器C1和R2，其截止頻率低于信號(hào)
頻率，以便采樣Q1的集電極電壓。在R3上加一個(gè)基準(zhǔn)電壓（本例中為VCC）設(shè)定濾波器電路的直流工作點(diǎn)，使之位于光電晶體管截止電壓與飽和電壓的中點(diǎn)。低通濾波器的輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè) Howland 電流源，產(chǎn)生一個(gè)與濾波器的輸出成正比的電流。當(dāng)背光照明增強(qiáng)時(shí)，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(jìn)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(shè)定了電流源的跨導(dǎo)：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(diǎn)。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(huì)振蕩。但是，如果用一個(gè)二階低通濾波器代替一階低通濾波器，則需要仔細(xì)選擇電容器的容量值，以防止出現(xiàn)振蕩。

　　用一個(gè)100W熒光燈泡照射光電晶體管，可以產(chǎn)生高強(qiáng)度的背光照明，同時(shí)還因?yàn)榧由系氖墙涣麟妷憾a(chǎn)生一個(gè)快速變化的信號(hào)。圖3為燈泡距光電晶體管40cm時(shí)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(yīng)類似，因?yàn)楣怆娋w管在此時(shí)施加的光強(qiáng)度下并未飽和。

將燈泡定位在距光電晶體管20cm處，增強(qiáng)了背光的強(qiáng)度，并使光電晶體管接近于飽和。當(dāng)使用反饋時(shí)，光電晶體管產(chǎn)生較高幅度的信號(hào)，盡管其偏置點(diǎn)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(qiáng)度時(shí)相同水平（圖3a）。然而，當(dāng)沒有加反饋時(shí)，光電晶體管的偏置點(diǎn)會(huì)移近飽和區(qū)，而且?guī)缀鯔z測(cè)不到交流調(diào)制的光強(qiáng)度變化（圖4b）。