低光检测

图1显示了光电探测电路。检测电路由放大器A，反馈电阻RF和CF组成，其输出电压为u1 = SPRF，其中S是光电二极管的灵敏度，P是入射光功率。
当检测到弱光信号时，RF会增加增益。应尽可能选择RF的值。
输入偏置电流IB和输入偏移电压VB对输出电压的影响是IBRF和光电二极管的内部电阻。可以看出，降低RF可以降低上述效果，但同时降低电路的增益。
要解决此问题，您需要选择具有极低偏置电流和偏移电压的运算放大器。这里使用0PAlll高精度运算放大器，偏置电流约为0.8 pA，输入失调电压约为100μV。
经过计算，当RF值在几百MΩ范围内时，上述效果可以忽略不计，可以满足电路的要求。由于光电转换电路的输出信号通常在mV量级，并且信号经常浸没在噪声中，因此前置放大器部分需要具有强滤波和放大能力。
精密对数放大电路LOG100和外围组件用于形成前置放大器电路。图1的虚线所示的电路是LOG100的简化内部电路。
其动态输入范围为1 nA~1 mA，全量程输出误差（FSO）低于0.37％，与精确对数的最大偏差小于0.1％。同时，内部集成了激光校准电阻，因此当环境温度变化时，对数放大器可以保持精确的输出。
LOGl00有4个选择端子，通过不同的连接方式可以很容易地获得不同的增益。根据LOGl00的输入输出关系，I2用作实验中的参考电流。
根据运算放大器反向输入结构，可以通过给定的参考电压μ2来实现。光电检测部分电路的输出电压通常仅为mV量级。
同时，根据LOGl00器件的要求，输入电流应在l nA和l mA之间，I1和I2的比值应在l05以内。因此，图1中的输入电阻R11和R21被选择为几十kΩ，以确保对数电路输出的精度。
根据这些要求，μ2值设定为几mV。由于光电转换电路的增益高，虽然使用精密放大电路并且RF和CF用于限制信号频带，但是对于几乎所有输入光信号，输出噪声都非常高。
图2（a）表示P = 0.7nW时光电转换电路的输出波形。可以看出，噪声与信号处于同一数量级，并且噪声与信号的峰值比接近于1。
如果这样的输出直接进行A / D转换，数据的准确性将大大降低。尽管可以通过MCU程序中的滤波子程序降低数据的噪声概率，但是软件模拟功能具有一定的局限性并且可能无法获得准确的数据输出。
图2（b）是由前置放大器电路处理的输出信号，波形更平滑，噪声峰值比降低到O.在02以下，几乎没有软件滤波可用于直接处理A / D转换数据。可以看出，作为前置放大器电路的LOGl00可以在放大有用信号的同时有效地抑制噪声，并且具体测量数据与理论计算结果之间的差异很小，完全可以满足设计要求。
图3表明，在1.4nW的输入光功率下，理论值（虚线）与测量值（实线）相差小于0.1V。