CN113517864A - 一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 - Google Patents
一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113517864A CN113517864A CN202110844057.XA CN202110844057A CN113517864A CN 113517864 A CN113517864 A CN 113517864A CN 202110844057 A CN202110844057 A CN 202110844057A CN 113517864 A CN113517864 A CN 113517864A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diode
- transimpedance amplifier
- feedback
- circuit
- photoelectric sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/26—Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
- H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明提拱了一种基于二极管反馈的跨阻放大器，该跨阻放大器包括光电传感器和用于放大光电传感器输出电流的信号放大电路，所述信号放大电路为跨阻放大器，所述跨阻放大器的负反馈电路由二极管构成，其利用二极管反向偏置和正向截止状态的高阻态来替代本身所需的GΩ数量级大电阻，避免了使用大电阻成本价格高、生产难度大的问题，降低了成本，且在一定程度上形成了环路补偿，提高了电路的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及跨阻放大器领域，尤其涉及一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器。
背景技术
红外探测器是红外探测技术的核心。红外光电传感器是一种把物体发出的红外辐射能转化成电能等其他便于观测、利用和处理的能量形式的传感器件，在军用和民用领域有着广泛的应用，价廉性能高的红外探测器具有很高的应用价值，例如：红外测温、红外成像、红外标定等。
在电流型红外光电传感器中，一般采用跨阻放大器放大其输出信号。跨阻放大器的反馈电阻一般在KΩ到MΩ级别，其采用的电阻工艺和应用已经比较成熟，电路容易实现和稳定工作，然而在某些特殊需求的红外光电传感器中，需要对pA数量级的微弱电流进行放大。根据式（1）弗里斯公式的原理，噪声系数F主要取决于F1，即第一级的噪声系数，采用多级放大等常用的电压放大手段会引入新的更大的噪声，降低电路的信噪比，且由于信号与反馈电阻成正比，而噪声与反馈电阻阻值的平方根成正比，因此，采用跨阻放大器，并一次性采用GΩ甚至100GΩ级别的大反馈电阻是最佳的选择，不仅达到了第一级最高的信噪比，且避免了后续采用更多级的运放引入新的噪声。然而该数量级阻值的电阻价格昂贵，高精度的大电阻成本较高，且精密性和稳定性都不如普通阻值范围的工艺成熟的电阻，因此寻找使用价格低廉、反馈效果好的替代品成为了迫切的需要。
发明内容
本发明提供一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器，用以解决上述问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于二极管反馈的跨阻放大器，包括运算放大器和负反馈电路，所述负反馈电路包括二极管，所述二极管串联在负反馈电路中。
进一步的，述负反馈电路中的二极管处于截止状态。
进一步的，所述二极管为单向二极管。
进一步的，所述二极管为双向二极管。
一种光电传感器，包括光电传感器件和用于放大所述光电传感器件输出电流的信号放大电路，所述信号放大电路为跨阻放大器，所述跨阻放大器为一种基于二极管反馈的跨阻放大器。
进一步的，所述光电感应器件连接在运算放大器的同向输入端和反向输入端之间。
进一步的，所述运算放大器的同向输入端为参考电压点。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
（1）本发明利用二极管代替原跨阻放大器本身所需的大电阻，通过改进后的跨阻放大器解决了使用GΩ数量级的电阻生产难度大、难以购买、价格高的问题，降低了生产成本；
（2）本发明的光电传感器的信号放大电路采用上述改进跨阻放大器，不仅可以实现光电传感器的稳定和最高信噪比，且降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路原理图；
图2为二极管的简化等效电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的一种基于二极管反馈的跨阻放大器，适用于超高增益的应用场景，包括运算放大器和连接在运算放大器上的负反馈电路，所述负反馈电路由连接在运算放大器输出端和反相输入端之间二极管构成。采用本实施例的跨阻放大器，利用二极管截止区的高阻态特性替代高增益跨阻放大器的反馈大电阻。由于单向导通的二极管漏电流小于双向导通，因此作为优选，我们优先考虑单向二极管。由于二极管处于截止状态下，因此对于单向二极管正接或者反接区别不大，图1中仅示意了一种接法。采用本方案的跨阻放大器，虽然跨阻放大器反馈电阻阻值难以精确测量，但电路的信噪比超过了以往的电阻器反馈电路，并大大降低了电路制造原材料成本。在普通的跨阻放大器中，反馈电阻成本仅几分；在超高增益应用场景的跨阻放大器中，反馈电阻的价格高达几十元；而采用二极管的的跨阻放大器，其成本只有大约几毛钱。
选用合适的二极管，其作为反馈的漏电流可以达到pA级别，在二极管常温下，截止状态下产生的等效大电阻阻值大约可以达到GΩ数量级。因为信号较小，即使经过GΩ数量级的电阻转化成电压，也只是mV级别的信号，所以二极管不会导通。由于二极管PN结具有势垒电容与扩散电容效应，因此二极管不仅可以等效为大电阻作为反馈电阻，其电容的特性也在一定程度上提高了系统环路的稳定性。既可满足其反馈回路对电阻的需要，也一定程度上满足了电路稳定性对补偿电容的需要。
需要注意的是，不同二极管漏电流大小不同，实际的反馈效果也不尽相同，设计时其等效电阻的阻值只能大概估算，实际选用的二极管也需要根据实际情况进行调整选择。一方面二极管截止时的等效阻值在温度上的线性度远远差于真正的电阻器，另一方面二极管在频率特性上的线性度也可能较差。但在常温下，在我们需要的温度范围内，截止状态的二极管是接近于线性的，且很多情况下红外传感器只是需要对目标有无判别、目标辐射的大小进行判别，而对信号在频域的线性度失真并不敏感。因此该性能差别也并不影响某些特定场景的应用，用二极管作为GΩ数量级的大电阻的廉价替代品是可以接受的。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例公开了一种光电传感器的具体应用实例。
进一步的，具体实例如下：
一种光电传感器，如图1所示，包括光电感应器件和用于放大器件输出电流的信号放大电路，该光电传感器的输出电流在1pA左右，信号放大电路即为实施例1的跨阻放大器结构，具体的，器件的电流输出端接运算放大器的负输入端，电流输出端的另一端接运算放大器的正输入端，并将运算放大器正输入端作为参考电压点。经过实验测试选用的某种型号的二极管构成了电路所需要的大反馈电阻，并产生一个等效反馈电容，二极管截止区的等效电路如图2所示，反馈电阻Rj和反馈电容Cj并联接在运算放大器输出端和负输入端之间，形成反馈回路。反馈电阻的作用是将pA级的小电流转化成mV级的大电压，电路的输出电压就等于输入电流乘以反馈电阻的阻值，反馈电容的作用的防止电路产生自激振荡。
采用本实施例的结构对pA级别的微弱电流进行放大时，同时满足了电路对超高增益的反馈电阻值的需要和电路稳定性对补偿电容的需要，大大简化了传感器器件的制造工艺和电路体积。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例对一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器进行了进一步说明。
在本发明设计的跨阻放大器中，二极管可以等效于将一个大电阻和一个电容并联，既满足了反馈回路对于大电阻的需要，也满足了电路对补偿电容的需要，大大简化了传感器器件的制造工艺和电路体积。
一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器，包括光电传感器、运算放大器和连接在运放上的负反馈电路，所述传感器的输出电流在pA数量级，所述负反馈电路包括运算放大器输出端和反相输入端之间的二极管。不同二极管的漏电流不同，等效电阻与电容也不同，要将二极管运用进具体的跨阻放大器电路中，需要同时考虑二极管的参数、红外光电器件的信号大小和具体应用环境。发明人利用二极管截止区的漏电流特性，经过大量实验数据的采集和分析，最终找到了能够满足当前信号放大需求及跨阻放大器性能需要的合适的二极管，既可产生等效的大电阻作为反馈电阻，又产生等效电容在一定程度上提高系统环路的稳定性。即利用二极管截止区的高阻态来代替本身所需的大电阻，避免了使用大电阻价格较高的问题，降低了成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于二极管反馈的跨阻放大器，其特征在于，包括运算放大器和负反馈电路，所述负反馈电路包括二极管，所述二极管串联在负反馈电路中。
2.根据权利要求1所述的基于二极管反馈的跨阻放大器，其特征在于，所述负反馈电路中的二极管处于截止状态。
3.根据权利要求1或2所述的基于二极管反馈的跨阻放大器，其特征在于，所述二极管为单向二极管。
4.根据权利要求1或2所述的基于二极管反馈的跨阻放大器，其特征在于，所述二极管为双向二极管。
5.一种光电传感器，其特征在于，包括光电传感器件和用于放大所述光电传感器件输出电流的信号放大电路，所述信号放大电路为跨阻放大器，所述跨阻放大器为权利要求1-5任一项所述的基于二极管反馈的跨阻放大器。
6.根据权利要求5所述的光电传感器，其特征在于，所述光电感应器件连接在运算放大器的同向输入端和反向输入端之间。
7.根据权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，所述运算放大器的同向输入端为参考电压点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110844057.XA CN113517864A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110844057.XA CN113517864A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113517864A true CN113517864A (zh) | 2021-10-19 |
Family
ID=78067805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110844057.XA Pending CN113517864A (zh) | 2021-07-26 | 2021-07-26 | 一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113517864A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0643496A1 (de) * | 1993-09-10 | 1995-03-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Optischer Empfänger mit grosssignalfestem Transimpedanzverstärker |
| US5646573A (en) * | 1995-02-28 | 1997-07-08 | Anadigics, Inc. | Automatic gain-control transimpedence amplifier |
| CN105547470A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 华中科技大学 | 一种自淬灭单光子探测系统 |
| CN107968654A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-04-27 | 浙江九州量子信息技术股份有限公司 | 一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路 |
| CN108696256A (zh) * | 2017-03-29 | 2018-10-23 | 线性技术有限责任公司 | 具有快速过载恢复功能的跨阻放大器 |
| CN111854947A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-30 | 江苏飞格光电有限公司 | 一种可探测皮瓦级微小光信号的光能量探测器电路 |
| CN112217480A (zh) * | 2019-08-07 | 2021-01-12 | 成都优蕊光电科技有限公司 | 一种基于电容器反馈的跨阻放大器及光电传感器 |
-
2021
- 2021-07-26 CN CN202110844057.XA patent/CN113517864A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0643496A1 (de) * | 1993-09-10 | 1995-03-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Optischer Empfänger mit grosssignalfestem Transimpedanzverstärker |
| US5646573A (en) * | 1995-02-28 | 1997-07-08 | Anadigics, Inc. | Automatic gain-control transimpedence amplifier |
| CN105547470A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 华中科技大学 | 一种自淬灭单光子探测系统 |
| CN108696256A (zh) * | 2017-03-29 | 2018-10-23 | 线性技术有限责任公司 | 具有快速过载恢复功能的跨阻放大器 |
| CN107968654A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-04-27 | 浙江九州量子信息技术股份有限公司 | 一种采用补偿网络的窄脉冲峰值保持电路 |
| CN112217480A (zh) * | 2019-08-07 | 2021-01-12 | 成都优蕊光电科技有限公司 | 一种基于电容器反馈的跨阻放大器及光电传感器 |
| CN111854947A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-30 | 江苏飞格光电有限公司 | 一种可探测皮瓦级微小光信号的光能量探测器电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6307196B1 (en) | Detection circuit having a variable impedance circuit | |
| TWI432742B (zh) | 具有斬取放大器之射頻功率感測器及與高頻脈衝射頻信號相關的射頻功率的量測方法 | |
| US20140291487A1 (en) | Differential Optical Receiver for Avalanche Photodiode and SiPM | |
| JP2005265846A (ja) | 暗光電流をキャンセルするカラーセンサ | |
| CN106443134B (zh) | 一种开环型霍尔电流传感器及电路 | |
| US7825735B1 (en) | Dual-range linearized transimpedance amplifier system | |
| US20060227231A1 (en) | Photoelectric conversion device and electronic equipment | |
| WO2019102684A1 (ja) | 光検出回路 | |
| CN112217480A (zh) | 一种基于电容器反馈的跨阻放大器及光电传感器 | |
| CN113852420A (zh) | 一种自适应滤波的光功率检测电路及方法 | |
| CN113654460A (zh) | 一种适用于光镊系统位置探测的差分四象限光电探测器 | |
| CN113517864A (zh) | 一种基于二极管反馈的跨阻放大器及光电传感器 | |
| CN218673908U (zh) | 一种平衡光电探测器 | |
| JPH04252923A (ja) | 光検波回路 | |
| CN212843636U (zh) | 一种高灵敏度的大面元光电探测器组件 | |
| CN114189292B (zh) | 功率检测电路、功率放大器模块及射频前端架构 | |
| CN210774350U (zh) | 一种雷电光辐射探测器 | |
| CN205404857U (zh) | 一种气象仪器漏电流检测系统 | |
| US6949977B2 (en) | Circuit arrangement having a transimpedance amplifier connected to a current limiter circuit | |
| CN116164847B (zh) | 带自校正电路的红外热电堆温度传感检测装置及检测方法 | |
| CN219577010U (zh) | 一种热电堆输出放大滤波电路 | |
| CN116545390A (zh) | 一种运算放大电路及光电检测系统 | |
| CN113541610B (zh) | 基于印刷电路板寄生参数反馈的跨阻放大器及红外传感器 | |
| Liu et al. | A High Linearity Readout Integrated Circuit for Uncooled IR Detector | |
| CN221446297U (zh) | 一种提高激光测距精度的接收电路及探测器信号处理电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211019 |