一種提供負反饋實現(xiàn)線性響應(yīng)的光敏電阻

增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變。控制電壓形成電路的基本部件是 AGC 檢波器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。

　　光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。
 

　　圖1顯示了光耦合器的各個部件以及組裝后的器件。光耦合器由一個圓柱形容器和另一端的一個光敏電阻組成。一個不透明的絕緣密封圈防止外部光線進入器件。容器的拋光金屬內(nèi)壁使得LED和光敏電阻之間的光損耗最小。

　　圖1,帶有HB LED和光敏電阻的金屬管構(gòu)成了光耦合器（左）。

　　圖2顯示了使用LDR 07型光敏電阻的光耦合器的傳遞函數(shù)。該器件的輸出電阻可在100Ω至10MΩ范圍內(nèi)變化，LED驅(qū)動電流范圍是34mA~0.1μA.即便對于大振幅信號，光敏電阻的線性VA特征也使它可以作為控制元件，甚至在需要較大信號電壓的情形中也可如此。圖2還表明：你可以獲得至少5個十倍程的線性輸出電阻變化，并且最大LED驅(qū)動電流處于普通單片運算放大器的允許輸出電流的限度內(nèi)。

　　圖2,光耦合器在反饋回路中的對數(shù)響應(yīng)產(chǎn)生了線性放大器響應(yīng)。

　　這類放大器能控制相同范圍內(nèi)的系統(tǒng)的總放大率，并且沒有額外的電流放大。由于光敏電阻的線性，因此得到的被處理信號的非線性失真程度幾乎完全是由于運算放大器的非線性導(dǎo)致的。在正常工作范圍內(nèi)，系統(tǒng)的總線性會隨輸入信號振幅的增加而提高，這是因為負反饋數(shù)量會隨信號振幅的增加而增加。

　　圖3顯示了放大系統(tǒng)?；镜男盘柼幚砥骷欠聪噙\算放大器A1.它的反相連接使你能把從輸入到輸出的總放大率絕對值設(shè)為小于1的值，甚至能正確處理大于穩(wěn)壓輸出值的輸入信號振幅。光耦合器IC1是系統(tǒng)的核心部件，它的輸出端光敏電阻作為A1的負反饋網(wǎng)絡(luò)的可變零件。在無信號狀況下，LED不照亮光敏電阻。因此它的電阻升至高值，這可導(dǎo)致DC擊穿和A1的靜態(tài)工作點的丟失。由于信號路徑是AC耦合的，可防止DC誤差值變得更大，因此這類狀況原則上無害。但是，當輸入端突然出現(xiàn)非零信號時，A1的開環(huán)放大倍數(shù)會把它放大，導(dǎo)致LED電流迅速上升。該作用幾乎將逐步使光耦合器的輸出電阻下降到一個足以恢復(fù)A1的DC工作點的值。AC耦合把該瞬態(tài)傳遞到輸出端，并且它可能會在自適應(yīng)放大器之后的信號處理電路中導(dǎo)致一些問題。為防止該效應(yīng)，應(yīng)該把反饋電阻的最大值限制在一個合理值。

　　圖3,自適應(yīng)放大系統(tǒng)在反饋回路中設(shè)有光耦合器。

　　緩沖器A2把經(jīng)過整流二極管的非線性負載和輸出信號隔離開，由此防止來自整流二極管的非線性負載使輸出信號失真。二極管D3和D4補償整流二極管D1和D2的閾值電壓，其中包括它的溫度系數(shù)。如果不需要把穩(wěn)壓輸出電壓振幅設(shè)為一個比R4中的偏置電流所設(shè)的閾值更小的值，那么可以用短路代替D3 和D4,并省略R7.另外可以在A2中設(shè)置大于1的電壓放大率，來獲得一個比R4中的偏置電流所設(shè)閾值更小的穩(wěn)壓輸出振幅。只需插入一個與D3/D4對串聯(lián)的額外電阻即可。

　　整流器使用肖特基二極管，它們的閾值電壓低于常規(guī)PN二極管。它們還具有很短的恢復(fù)時間，由此在很高的信號頻率保持相同的整流效率。整流器可作為全波電壓倍增器，甚至可為具有非對稱波形的信號提供峰到峰整流。整流器是一個整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電（DC），經(jīng)濾波后供給負載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時又起到一個充電器的作用。
該LED電流控制電路有一個重要的優(yōu)點：它允許幾乎獨立地調(diào)整上沖和釋放時間。設(shè)計者可以通過可變電阻P1調(diào)整上沖時間，必要時使用更高值，此外還可以用P2調(diào)整釋放時間。使用的光敏電阻具有相當好的響應(yīng)速度，并且對于多數(shù)實際要求而言，照明逐步變化時引入的延遲可以接受。

　　圖4 顯示了自適應(yīng)放大系統(tǒng)的總響應(yīng)。對于低于70 μV 有效值直到高于1.2V 有效值的輸入信號電壓，即超過85 dB的范圍內(nèi)，輸出信號恒定在350 mV 有效值 ±1 dB.無信號輸出噪聲小于6 mV 有效值，因此在最壞情形中開始穩(wěn)壓時，得到的SNR（即被處理信號的動態(tài)范圍）優(yōu)于20 dB,并且隨著輸入信號電平的增加，它會成比例地改善。

　　圖4,放大系統(tǒng)在 0.1 mV至1 V 有效值輸入范圍內(nèi)具有恒定輸出。

　　1 kHz時的輸出信號諧波分析帶來了更高的諧波，對于所有接近200 μV 有效值的輸入電壓，振幅小于A1的噪聲電平，對于接近1.5V 有效值的輸入電壓，則低于275 dB.非線性失真只是在較大的輸入振幅超出系統(tǒng)的穩(wěn)壓范圍時才變得明顯，在2.5V 有效值輸入電壓時，使第二諧波增至-45 dB,第三諧波增至-40 dB.

　　在AGC的量程限度內(nèi)，總傳遞線性會隨輸入信號振幅的增加而提高，這是因為送往A1的負反饋的程度會隨輸入信號振幅一起增加。在P1值為10 kΩ，P2為1 MΩ，并且輸入信號在100 μV至50 mV 有效值之間逐步變化時，上沖和釋放時間分別約為0.2秒和2秒。從1 kHz（輸入過驅(qū)超過10V 有效值）到完全的無信號靈敏度的恢復(fù)時間短于2分鐘。通過改變C4、C5、P1和P2的值，可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所有這些時間間隔，P1設(shè)置上沖時間，P2設(shè)置釋放時間。

　  本設(shè)計遵循的關(guān)鍵參數(shù)是它的線性。由于光敏電阻的線性，以及非線性整流器負載與輸出端的隔離，因此增益控制引入的非線性可忽略不計。所以從原理來看，A1自身就決定了系統(tǒng)的總線性。