<strong>Fotodiodni</strong> ojačevalnikE.MarganFotodioda SFH203 ( Tabela 3) ima optično aktivno površino E œ 1 mm , zatoje celotna moč na njeni površini manjša za razmerje površin (1 mm # À 1 m # œ 10 ' ),torej bo TP œ 3saEoœ 0.001 W. Poleg tega ima SFH203 spektralni maksimumobčutljivosti v bližini zgornje meje infra-rdečega območja (850 nm), občutljivost pana obeh straneh spektra pada ( Sl.1.2). Zaradi tega je povprečni spektralni odziv leokoli W a œ 34 % vpadne moči bele svetlobe. Maksimum občutljivosti fotodiode pa jepo navedbah proizvajalca Wmœ 0.62 AÎW (pri -mœ 850 nm).Denimo da bi radi dosegli izhodno napetost Z o œ 10 V, če opoldne jasnegadne obrnemo fotodiodo naravnost proti Soncu, kar glede na zgornje podatke pomenida želimo občutljivost sistema 10 VÎmW. Kakšno vrednost upornosti V F v povratnizanki ojačevalnika ( Sl.4.2b,d) potrebujemo, če upoštevamo da teče foto-tok le skoziV F (vhodni tok ojačevalnika zanemarimo)?Zo10 [V]VFœ œ ¸ 47 k H (5.1)T W W 0.001 [W] ‚ 0.62 [AÎ W] ‚ 0.34P m ao#Žal pa, kot bo to kmalu razvidno, v povratni zanki ojačevalnika potrebujemoše kaj več kot golo upornost, in tudi izbira samega ojačevalnika zahteva tehtenpremislek. Razmere v povratni zanki ojačevalnika nikoli niso trivijalne, toda problemje z malo truda povsem obvladljiv.-34-
<strong>Fotodiodni</strong> ojačevalnikE.Margan6. Analiza fotodiodnih ojačevalnikovNa videz preprosti vezji na Sl.6.1 bosta osnovi za večino fotodiodnihojačevalnikov, ki jih bomo analizirali. V takem načinu fotodioda obratuje kot (skoraj)idealni tokovni vir, obremenjen z zelo nizko efektivno upornostjo, ki jo določanegativna povratna zanka ojačevalnika, ojačevalnik pa deluje kot trans-impedančni(tokovno-napetostni) pretvornik, s pretvornim faktorjem enakim upornosti povratnezanke, VF. Razlika med narisanima primeroma je le v zaporni napetosti, Zr. Ta jenujna, če je za določeno uporabo pomembnejša hitrost odziva; če pa dajemo prednostnatančnosti ob zelo nizki osvetlitvi, se reverzni napetosti raje odpovemo, ker tapovzroča temni tok ( Tabela 3) in dodaten šum.i PP Pi PP PPD12 R F( )AsoPD12 R F( )Asoa) b)Sl.6.1: Osnovna oblika trans-impedančnega fotodiodnnega ojačevalnika;a) brez zaporne napetosti; b) z zaporno napetostjo ( ).Za razumevanje delovanja teh vezij (tudi vseh drugih, ki jih bomo obravnavalikasneje), je nujno poglobiti se v samo zgradbo operacijskega ojačevalnika. Zgradba jesicer zapletena, vendar se izkaže da jo je mogoče nadomestiti z razmeroma preprostimmodelom, tako funkcionalno, kot tudi matematično. Nakratko bomo obdelali zeloenostaven primer zgradbe ojačevalnika in pokazali kako lahko posamične stopnjeobravnavamo kot poenostavljene linearne bloke z elementarnimi matematičnimifunkcijami, ki skupaj tvorijo zelo preprost model.6.1. Zgradba operacijskega ojačevalnikaNaziv ‘operacijski ojačevalnik’ izvira iz časov analognih računalnikovneposredno po drugi svetovni vojni (ko digitalni računalniki še niso bili tako širokodostopni in je celo sam predsednik korporacije IBM napovedal, da bo svetovno tržiščev prihodnosti potrbovalo k večjemu kakšnih pet digitalnih računalnikov!). Analogneračunalnike so uporabljali največ pri balistiki za reševanje diferencijalnih enačb, kiopisujejo gibanje izstrelka. V te namene so večje število diferencijalnih ojačevalnikovz upori, kondenzatorji, tuljavami, diodami, povezovali med seboj za realizacijorazličnih matematičnih operacij (seštevanje, odštevanje, množenje, deljenje,intergriranje, diferenciranje, logaritmiranje, itd). Kasneje se je ime obdržalo inuveljavilo tudi za analogna integrirana vezja z enako funkcijo.Ojačevalnik, ki ga bomo uporabili za ojačenje foto-toka, mora imetizanemarljivo majhen vhodni tok. Ta pogoj izpolnjujejo ojačevalniki, ki imajo navhodih tranzistorje s prenosno funkcijo odvisno le od električnega polja (‘field effecttranzistor’, FET), zato je vhodna impedanca lahko zelo visoka ( "! "# H).V rZ r-35-