Question

跨阻型运放用于光电二极管信号的检测出现直流基底该如何消除？

如上两个图所示，第一图为原理图，其中PD和J CAP等效于光电二极管，光电流为脉冲型，通过运放OPA847进行电流转电压，输出为第二图所示，但是整个输出信号被抬高了，无脉冲的时候电压值也在250mV左右，相当于给输出加了个直流基底，这样的话会对下一级的放大以及AD转换产生比较大的影响。请问这是由于什么引起的，该如何把信号降低到零电平附近？
谢谢！

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Answer 1

1. 首先确认PD中是否含有基底直流成份，有的话，检查修改PD模型的属性，进行清除。零点偏离是无法根除的，但可以减小。

2. 如果光电流仅为脉冲型，则可以采取交流放大，即在输入端加个隔直流电容，大小1nF左右。隔直后输出偏移会显著减小。即便如此，输出零点仍会稍有偏移。这主要由于运放的输入电流、失调电流、失调电压等不可避免的因素造成的。同相端对地应串接一个9.1K电阻来减少不平衡。

3. 在原电路图的仿真中，经试验，可以在同相输入端串接个电阻（下图中的R8）来调整直流偏离，当此电阻是4.991欧姆时，仿真的输出直流偏离<1mV。对于真实的IC，由于电路放大倍数太高，与失调等和直流基底有关的参数的离散性，以及信号源内阻变化的影响，温度漂移等等因素，直流偏离或正或负、或大或小，这个电阻值是很难准确选取的。下图

   

4. 如果一定要直流放大，对于固定的直流份量，可以在运放的输入端加个调零电路。如图所示为手动调零：

   
   

   

总结：

      实际应用一般做成自动零点跟踪，即增加一个有一定电压增益、有低通及延迟响应的直流负反馈电路，来稳定输出的零点。

      如果电路对脉冲信号的放大倍数足够高，能使输出信号幅度明显区别于基底直流电平，则实际能够将基底“噪声”通过阈值电路滤除。

Answer 2

　　首先确认PD中是否含有基底直流成份，有的话，检查修改PD模型的属性，进行清除。

　　零点偏离是无法根除的，但可以减小。

　　如果光电流仅为脉冲型，则可以采取交流放大，即在输入端加个隔直流电容，大小1nF左右。隔直后输出偏移会显著减小。即便如此，输出零点仍会稍有偏移。这主要由于运放的输入电流、失调电流、失调电压等不可避免的因素造成的。同相端对地应串接一个9.1K电阻来减少不平衡。

　　而在原电路图的仿真中，经试验，可以在同相输入端串接个电阻（下图中的R8）来调整直流偏离，当此电阻是4.991欧姆时，仿真的输出直流偏离<1mV。对于真实的IC，由于电路放大倍数太高，与失调等和直流基底有关的参数的离散性，以及信号源内阻变化的影响，温度漂移等等因素，直流偏离或正或负、或大或小，这个电阻值是很难准确选取的。下图是本人的仿真电路：

　　如果一定要直流放大，对于固定的直流份量，可以在运放的输入端加个调零电路。如图所示为手动调零：

　　实际应用一般做成自动零点跟踪，即增加一个有一定电压增益、有低通及延迟响应的直流负反馈电路，来稳定输出的零点。

　　如果电路对脉冲信号的放大倍数足够高，能使输出信号幅度明显区别于基底直流电平，则实际能够将基底“噪声”通过阈值电路滤除。

追问

您好！很感谢您的回答。
我用的激光器输出是一个10ns的脉冲，但是脉冲和脉冲之间的间隔只有1ms，所以您说的加隔直电容其实不会起到什么作用的。在运放的正向输入端加补偿电阻的方法我仿真过了，可以达到去直流基底的作用。还想再问您一个问题，如果我想采用两级放大，第一级就用这样的跨阻型放大器进行I-V转换，第二级用运放的同向放大，那么，第二级的运放应该选用什么结构的放大器呢？两级之间该如何匹配呢？！

追答

　　在原I-V电路中，存在着很高的直流放大增益（几乎是运放的开环增益），这对于零点的稳定是千分不利的。由于仿真所用的元器件参数是静态的，你也许在电路仿真中通过外部加偏压调零取得了成功，但对于实际的元器件和实际的工作环境，这种简单补偿办法可能是行不通的。
　　对于10ns和1ms来讲，这应该很容易用电容来隔掉直流的，况且1ms应该是无信号区（请注意我的仿真图中，信号采用了20ns脉冲和1ms间隔）。隔直后，电路几乎没有了直流增益，能保证零点的稳定，外部调零也更加容易实现。隔直后，对于10ns的动态信号来讲，仍然属于跨阻放大。
　　至于第二级的结构和接法，应该很容易实现了。这主要看对第二级输出信号的要求。可能一个简单的低通电压放大器就能满足，如果不需要直流分量，那么可以用带通放大器。对于前后级的匹配，我仍然倾向于隔直，也即带通。在精度方面如果有较高要求，应进行输入阻抗的匹配。

追问

嗯，您说的直流放大的意思我似乎明白了，意思是说在两个脉冲光之间，激光器也会有一个阈值电流之类的直流的输出光，会形成直流信号是吧？

追答

不是这样的。
　　在有和无脉冲光、激光器有和无输出的情况，相当于信号源内阻大幅跳动。运放反相输入端的外部阻抗因此会有大幅跳动，运放的直流放大倍数也在跳动。同时由于运放微小输入电流的存在，会使同相和反相输入无法一直保持平衡，从而产生难以控制的直流偏离。
　　运放有一个因输入失调产生的输出直流电压偏离。这一参数对于不同的运放个体，是有离散性的。

Answer 3

首先确认PD中是否含有基底直流成份，有的话，检查修改PD模型的属性，进行清除。零点偏离是无法根除的，但可以减小。
如果光电流仅为脉冲型，则可以采取交流放大，即在输入端加个隔直流电容，大小1nF左右。隔直后输出偏移会显著减小。即便如此，输出零点仍会稍有偏移。这主要由于运放的输入电流、失调电流、失调电压等不可避免的因素造成的。同相端对地应串接一个9.1K电阻来减少不平衡。
在原电路图的仿真中，经试验，可以在同相输入端串接个电阻（下图中的R8）来调整直流偏离，当此电阻是4.991欧姆时，仿真的输出直流偏离<1mV。对于真实的IC，由于电路放大倍数太高，与失调等和直流基底有关的参数的离散性，以及信号源内阻变化的影响，温度漂移等等因素，直流偏离或正或负、或大或小，这个电阻值是很难准确选取的。下图
向左转|向右转
如果一定要直流放大，对于固定的直流份量，可以在运放的输入端加个调零电路。如图所示为手动调零：
向左转|向右转
总结：
 
 
 
实际应用一般做成自动零点跟踪，即增加一个有一定电压增益、有低通及延迟响应的直流负反馈电路，来稳定输出的零点。
 
 
 
如果电路对脉冲信号的放大倍数足够高，能使输出信号幅度明显区别于基底直流电平，则实际能够将基底“噪声”通过阈值电路滤除。