フォトトランジスタトランスインピーダンスアンプ

典型的なNPNフォトトランジスタを持っています。共通コレクター構成で機能しています。このアプリケーションノートの図2を参照してください。

Reを増やすと感度は上がりますが、速度は下がります。私はフォトトランジスタを数日間研究してきましたが、トランスインピーダンスアンプを使用すると、エミッタを再ロードする必要がなくなるため、速度を犠牲にすることなく感度を向上させることができると思います。

しかし、簡単な実装を見つけることができないようです。アプリノートの大部分はフォトダイオードについて説明しています。フォトダイオードとは異なり、フォトトランジスタにはバイアスをかける必要があり、フォトトランジスタの使用について説明するいくつかのアプリケーションノートでは、トランスインピーダンスアンプに負のバイアス電圧が存在することを前提としています。単電源オペアンプで動作するソリューションが必要です。

トランスインピーダンスアンプの非反転入力の仮想接地は、フォトトランジスタを正しくバイアスしますか？通常、仮想接地はVCCとGNDの中間ですが、そうである必要はないと思います。私のフォトトランジスタの飽和電圧は0.15Vです。VCC = 3.3Vの場合、仮想接地が約3Vになる可能性があるということですか？

この回路を設計するより良い方法はありますか？おそらく2段目のアンプがあるので、出力をGNDにできるだけ近づけたいと思います。

編集：

アプリケーションの詳細。光のレベルを感知しています。低、非常に低く、オフ。周囲の光には問題がないので、この質問のフォトトランジスタの側面にはあまり重点を置かないようにします。対象の帯域幅は約1〜10 kHzです。共通コレクターはほとんど機能します。必要な帯域幅を維持しながら、Reをできる限り高く上げましたが、Reを約2倍大きくして、信号が遅くなりすぎてしまいます。

私は過去2日間、フォトダイオードとフォトトランジスターを使用して、非常に低い光量のプロジェクトを自分でやろうとしてきました。これは、私や元のポスターのような、光電子増倍管を使用せずに光検出を限界（0.1 mW / cm ^ 2未満）に押し上げている人向けです。

最初のレシーバーモジュールを見て、その最小放射照度検出は0.2 mW / m ^ 2でした。これは、個別のフォトダイオードやフォトトランジスターが実行できるものよりも約10,000倍（機能が少ない）です（おそらくm ^ 2ではなくcm ^ 2を意味していましたか？） ）。「Art of Electronics」によると、非常に低い光レベル（996ページの光の1 uAあたり1 uA）にも適しておらず、漏れ電流とノイズのために人間の目ができることに完全に近づけることはできません。彼はあなたの光のレベルが低すぎる場合に必要になるかもしれない光電子増倍管の使用について説明しています。しかし、明るい部屋で指を使って光を当てると、オシロスコープ（PhotoDiodeまたはPhotoTransistorのいずれか）で目が検出できないものを見ることができます。

彼のuWあたり1 uAが正しいと仮定すると、ここに例があります。5mmのフォトダイオードとフォトトランジスタの面積は20マイクロm ^ 2です。したがって、1 uW / m ^ 2（正午の太陽光の1000分の1）は20 uAを生成します（Art of Electrによると）。[[正午の太陽光の1/1000は1 W / m ^ 2で、1メートルの20Wの白熱灯の約2倍の強度です（周囲の球の12 m ^ 2の表面積に出力される6Wの光）。]]

ただし、私の880nmフォトトランジスタデータシートでは、1W / m ^ 2（0.1 mW / cm ^ 2）で600 uAと示されています。これは、すべての光がダイオードの接合部のアクティブ範囲内にあると想定しています。

Sharpのアプリケーションノートははるかに優れていますが、どの設計がどの状況に最適かを説明するのに欠けているようです。図13は、元のポスターと私が必要とするものに最も当てはまります。図10Bは非常に興味深いですが、「応答を改善する」という意味がわかりません。 http://physlab.lums.edu.pk/images/1/10/Photodiode_circuit.pdf

オペアンプで使用すると、フォトトランジスターは、初期のゲイン（オペアンプの代わりにトランジスター）を取得する「安価な」方法を使用するため、非常に低い光レベルではフォトダイオードほどのゲインを得ることができません。JFETオペアンプ（非常に低い入力電流）を備えたフォトダイオードは、最終的にはノイズが少なく、より高いゲインを提供するのではないかと思います。いずれにせよ、受光面積が最大のフォトダイオードまたはフォトトランジスタは、低い光レベルを検出する最高の能力を備えている可能性がありますが、それに比例してノイズとリークも増加する可能性があり、それらは通常根本的な問題です。したがって、このタイプの光検出には限界があり、理想的には効率的なフォトトランジスタとフォトダイオードはオペアンプと一緒に使用した場合、最終的には同等に良いかもしれませんが、理論的にはフォトダイオードの方が少し良いと思います。

デュアル電源オペアンプの場合、「低め」の値の抵抗ペア（10V Vccに対して2つの1kで5 mAバイアスを得る）を使用して電圧を分割し、+ Vinの偽のグラウンドを作成できます。

フィードバック抵抗のR = 1MはR = 4.7Mよりもはるかに優れています。Forrest Mimmsは、彼の簡単なオプトブックで、「非常に低い」光レベルのためにフォトトランジスタやフォトダイオードの代わりに、0.002uFの並列の10 Mと太陽電池を使用しました（おそらく太陽電池がアプリケーションに適しています）。ジャンクションは、透明ケースの小信号ダイオードを使用して光を検出することを読んだことがあるので、ある程度太陽電池として動作しているようです。「フォトダイオード」として通常の830 nm LEDを使用しています。

使用する5mm光ダイオードのレンズ角度によって、大きな違いが生じます。+/- 10度は、光源が+/- 10度未満から入ってくる場合、+ /-20度よりも約4倍感度が高くなります。光源が前方+/- 20度の大きな領域である場合、それは問題ではありません。

以下の2つの回路をテストしました。フォトトランジスターのVoで0.3V、5msのパルスを検出できました。つまり、データシートの読み取り値が正しく、0.3uAまでずっと線形（大きな場合）であった場合、0.3uAは0.05uW / cm ^ 2を意味します。多分それは5 uW / cm ^ 2だった。0.05 uW / cm ^ 2が正しい場合、既製の830 LEDは0.5 uW / cm ^ 2まで読み取りました。私は1 cmの組織（私の指）を通して10 mW 830 nmの光を当てていました。私が扱っていた光のレベルが赤だったら、ほとんど見えなかっただろうと私は知っています。以下のリンクは、フォトダイオードで500 Mオームのフィードバックを使用していることを示しており、はるかに低い光レベルを示しています。それらのフォトダイオードの方向に注意してください。これは私のLEDと同じです（ほとんどのインターネットリンクから逆方向）。私はこの方法でより良い結果を得ました。

http://www.optics.arizona.edu/palmer/OPTI400/SuppDocs/pd_char.pdf

反転オペアンプについても考えていました。仮想電源を作成するために入力をバイアスする必要がないように、デュアル電源が最も優れています。写真は回路図です。正の接地基準信号が得られます。より多くの光=より高い出力電圧。

$V_{OUT} = I_{PHOTOTRANSISTOR} \times R_{FEEDBACK}$

$V_{CC}$

ddを編集します。2012年8月15日
にはこの答えアルフレッドがあることを示したフォトダイオードはまた両端の電圧降下なしに電流をシンクします。つまり、負の供給は必要なく、単一供給が可能です。

それがRRIO（レールツーレールI / O）オペアンプであることを確認してください。

編集
上記では、光レベル、つまりアナログ値を測定する必要があると想定しました。しかし、あなたの質問をもう一度読んでも、あなたがそうしているとはどこにも言えません。速度の言及は、パルスコードの受信を示唆しています。それが必要な場合、信号はどのように見えますか？波長は何ですか（IRまたは可視光？）IRレシーバーモジュールを使用できませんか？

柔軟性が本当に必要な場合は、フォトトランジスターの代わりにフォトダイオードを使用することを検討してください。すでにトランスインピーダンスアンプを構築しているので、どうして最後まで行かないのですか？

また、低ノイズまたは高速、あるいはその両方について、多くの詳細な回路例が記載された、この主題に関する素晴らしい本があります。
電気光学システムの構築：すべてを機能させる、Hobbs著。