圖1所示電路是一個高速光電二極管信號調(diào)理電路，具有暗電流補(bǔ)償功能。系統(tǒng)轉(zhuǎn)換來自高速硅PIN光電二極管的電流，并驅(qū)動20 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入。該器件組合可提供400 nm至1050 nm的頻譜敏感度和49 nA的光電流敏感度、91 dB的動態(tài)范圍以及2 MHz的帶寬。信號調(diào)理電路采用±5 V電源供電，功耗僅為40 mA，適合便攜式高速、高分辨率光強(qiáng)度應(yīng)用，如脈搏血氧儀。

　　圖1. 具有暗電流補(bǔ)償功能的光電二極管前置放大器系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　本電路還適合其它應(yīng)用，如模擬光隔離器。它還能滿足需要更高帶寬和更低分辨率的應(yīng)用，如自適應(yīng)速度控制系統(tǒng)。

　　本電路筆記討論圖1中所示電路的優(yōu)化設(shè)計步驟，以滿足特定帶寬應(yīng)用的要求，這些步驟包括：穩(wěn)定性計算、噪聲分析和器件選擇考慮因素。

　　光電二極管屬于高阻抗傳感器，用于檢測光的強(qiáng)度。它沒有內(nèi)部增益，但相比其它光檢測器，可在更高的光級度下工作。

　　光電二極管工作時采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光導(dǎo)）模式。光伏模式可獲得最精確的線性運(yùn)算，而讓二極管工作在光導(dǎo)模式可實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)速度，但代價是降低線性度。在反向偏置條件下，存在少量的電流（稱為暗電流），它們甚至在沒有光照度的情況下也會流動。可在運(yùn)算放大器的同相輸入端使用第二個同類光電二極管消除暗電流誤差，如圖1所示。

　　有三個因素影響光電二極管的響應(yīng)時間：

　　處于光電二極管耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　處于光電二極管未耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　二極管電路組合的RC時間常數(shù)

　　由于結(jié)電容取決于光電二極管的擴(kuò)散區(qū)以及施加的反向偏置，采用擴(kuò)散區(qū)較小的光電二極管并施加較大的反向偏置即可獲得更快的上升時間。在 CN-0272電路筆記中，采用 SFH 2701 PIN光電二極管，其結(jié)電容典型值為3 pF，0 V偏置下的最大值為5 pF。1 V反向偏置時的典型電容為2 pF，5 V 反向偏置時為1.7 pF。本電路的測量均在5 V反向偏置下進(jìn)行。