激光二极管发射控制的精密方法

中心论题：

• 光电二极管
• 典型设计

解决方案：

• 采用运放的电路，用于分析控制环路
• 调节流经LED的电流

光电二极管
硅光电二极管的结构除P层非常薄外其他与PN结二极管类似。调节P层厚度适合于所检测的光波长。光电二极管也具有电容，电容与所加反向偏置电压成正比，其电型值为2~20pF。光电二极管有两个端：阳极和阴极。二极管可用在正向模式(电流从阳极流向阴极)或反向模式(电流从阴极流向阳极)。当所用光电二极管处于反向模式(阳极负)时，它与给定频率的光照是严格线性关系，这是有利的特性。线性特性使得建造控制电路变得相当容易。
　　
典型设计
图2示出采用运放的电路，用于分析控制环路。此电路驱动1个PNP晶体管，此晶体管为产生光发射的LED提供电流。光发射照射到光电二极管，光电二极管把光发射转换为非常小的电流(通常为10mA)。在这种情况下，二极管用在反向模式，所以在无光呈现时，电流为零，但是光电二极管和放大器中的漏电流(也称之为“暗电流”)是过载。此条件牵引由晶体管基极电阻所限制的电流，开始时晶体管处于饱和状态。一旦电流开始流经晶体管，则LED或激光二极管将开始发射光。光电二极管把此部分光转换为电流，流经RG。随着电压趋于VBIAS(在图2中为地)，环路将闭合并保持驱动晶体管的电流来维持LED中的电流以保持恒定光强度(或光电二极管中的电流)。此构成电路DC分析的基础。图3为用NS公司LMV2011精密运放实际实现电路。用NS的LM4041-1.2并联基准产生基准电压，提供固定的1.225V基准电压。设置基准中的电流在10mA左右，这是工作电流的中间值。由两个1%精度电阻器产生VBIAS，其值设置在1V左右。为了计算闭合控制环路中的光电二极管电流，VREF和VBIAS之差除RG。注意，为了此电路工作，VBIAS必须小于VREF。对于10mA光电二极管电流，RG为0.2×10E-6或 20.0KΩ。4.7KΩ电阻器限制PN200A PNP晶体管基极电流，设置在1mA左右。晶体管b值为100左右，所以晶体管可提供的最大电流为100mA左右，这超过了微型SOT-23封装的热耗。为了避免晶体管的热击穿，用与LED或激光二极管串联的电阻器限制晶体管集电极电流。若需要更大电流，则具有较大集电极电流的晶体管应该用较大的封装(如SOT-223)。为限制电路带宽以保持稳定性，用与光电二极管并联的15pF电容器使放大器滚降频率在250KHz左右。

结语
用1个简单的运放电路可以相当容易地产生不同应用所需的精确光强度。如本文所述，甚至随着光发射器的老化，通过调节流经LED的电流，其控制环路仍将保持恒定电平。