一种基于光敏三极管的微弱光信号采集放大电路的制作方法

1.本发明涉及一种采集放大电路，具体涉及一种基于光敏三极管的微弱光信号采集放大电路。


背景技术：

2.光敏三极管电流受外部光照控制，是一种半导体光电器件。光敏三极管是一种相当于在三极管的基极和集电极之间接入一只光电二极管的三极管，光电二极管的电流相当于二极管的基极电流。因为具有电流放大作用，光敏三极管比光电二极管灵敏得多，在集电极可以输出很大的光电流。
3.在无光照射时，光敏三极管处于截止状态，无电信号输出。当光信号照射光敏三极管的基极时，光敏三极管导通，首先通过光电二极管实现光电转换，再经由三极管实现光电流的放大，从发射极或集电极输出放大后的电信号(如图4所示)。
4.光敏三极管的基本结构和普通三极管一样，有两个pn结。如图1所示为npn 型，b-c结为受光结，吸收入射光，基区面积较大，发射区面积较小。、当光入射到基极表面，产生光生电子-空穴对，会在b-c结电场作用下，电子向集电极漂移，而空穴移向基极，致使基极电位升高，在c、e间外加电压作用下(c为 、 e为-)大量电子由发射极注入，除少数在基极与空穴复合外，大量通过极薄的基极被集电极收集，成为输出光电流。(如图1所示)
5.总之，光敏三极管工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。最大特点是输出电流大，达毫安级。但响应速度比光电二极管慢得多，温度效应也比光电二极管大得多。
6.其缺点如下：
7.1.光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加较小，这是由于光敏三极管的电流放大倍数β在小电流会很小(如图2所示)；光敏三极管的光电特性是指在正常偏压下的集电极的电流与入射光照度之间的关系，光敏三极管的光电特性曲线呈现出非线性。导致光敏三极管中的晶体管的电流放大倍数β不是常数，β会随着光电流的增大而增大。所以在弱光环境下β值非常小，不便于测试。
8.2.硅光敏三极管受温度的影响很大(如图3所示)；其由于光敏三极管有放大作用导致的。可以看出，随着温度升高，暗电流增加很快，使输出信噪比变差，不利于弱光的检测。因此在进行弱光信号检测时，还需要考虑到温度对光电器件输出的影响，必要时还得采取适当的恒温或温度补偿措施。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光敏三极管的微弱光信号采集放大电路，以解决现有技术中光敏三极管中的晶体管的电流放大倍数β不是常数，β会随着光电流的增大而增大，所以在弱光环境下β值非常小，不便于测试的问题，而且还需要解决在进行弱光信号检测时，还需要考虑到温度对光电器件输出的影响，必要时还得采取适当的恒
温或温度补偿措施的问题。
10.本发明基于光敏三极管的微弱光信号采集放大电路是通过以下技术方案来实现的：包括发光电路以及光敏三极管电路；
11.发光电路包括常亮二极管电路以及可控发光二极管电路，常亮二极管电路的led2直接照射于光敏三极管电路的光敏三极管上，可控发光二极管电路的 led1通过对射或反射的方式照射至光敏三极管电路的光敏三极管。
12.作为优选的技术方案，常亮二极管电路包括vcc电源、led2以及r32，且 vcc电源、led2以及r32依次连接，最后接地。
13.作为优选的技术方案，可控发光二极管电路包括led_pwm信号输入、led1 以及r31，且led_pwm信号输入、led1以及r31依次连接，最后接地。
14.作为优选的技术方案，光敏三极管电路包括vcc电源、r36、光敏三极管以及r37，且vcc电源、r36、光敏三极管以及r37依次连接，最后接地；光敏三极管与r37之间设置有输出端。
15.本发明的有益效果是：
16.1、本发明根据光敏三极管中的晶体管的电流放大倍数β会随着光强增大，添加额外的光照强度就能加强光敏三极管的电流放大倍数β，使光敏三极管也能在弱光环境下正常检测。
17.1、本发明通过增加一个额外的光源后三极管的电流放大倍数β已经处于比较大的位置，这时候的弱光会在光敏三极管上获得更大的放大倍数β，同时由于电流的增大，温度变化对电器件输出的影响在一定程度上减少。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为现有技术的npn型光敏三极管示意图；
20.图2为现有技术的光电三极管的光电特性曲线图；
21.图3为现有技术的光敏三极管受温度的影响示意图；
22.图4为现有技术的电路原理图；
23.图5为本发明的电路原理图；
24.图6为本发明的增加二极管光照的光电三极管光电特性曲线图一；
25.图7为本发明的增加二极管光照的光电三极管光电特性曲线图二；
26.图8为本发明的led_pwm信号波形图；
27.图9为本发明的应用电路原理图。
具体实施方式
28.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
29.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.如图5-7所示，本发明的一种基于光敏三极管的微弱光信号采集放大电路，包括发光电路以及光敏三极管电路；
35.发光电路包括常亮二极管电路以及可控发光二极管电路，常亮二极管电路的led2直接照射于光敏三极管电路的光敏三极管上，可控发光二极管电路的 led1通过对射或反射的方式照射至光敏三极管电路的光敏三极管，光敏三极管在检测led1发出的光信号时，三极管的电流放大倍数β已因添加的二极管影响而处在一个比较大的值，则led1的光信号会在光敏三极管上得到很好的放大输出；用于。
36.本实施例中，常亮二极管电路包括vcc电源、led2以及r32，且vcc电源、 led2以及r32依次连接，最后接地。
37.本实施例中，可控发光二极管电路包括led_pwm信号输入、led1以及r31，且led_pwm信号输入、led1以及r31依次连接，最后接地。
38.本实施例中，光敏三极管电路包括vcc电源、r36、光敏三极管以及r37，且vcc电源、r36、光敏三极管以及r37依次连接，最后接地；光敏三极管与r37 之间设置有输出端。
39.应用过程如下：
40.如图8-图9所示，由led2常亮，直接照射在光敏三极管上(让光敏三极管达到合适的放大倍数)，再通过led_pwm信号控制led1发出一定频率的光，通过对射或反射后到达光敏三极管，光敏三极管接收到led1的光线时会产生一个同led_pwwm频率的波形。通过c35导通所需电压波形而阻拦直流和低频电压信号，信号通过u1部分的iv电路进行放大后输出到c36，信号通过c36滤波后再通过u2部分电路进行反向放大输出。由于由led2常亮，直接照射
在光敏三极管上，使后面led1发出的光在光敏三极管上得到更明显变化的光电流，从而实现更好的检测效果。
41.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。