許多常用傳感器的輸出阻抗超過幾兆歐，因此，其相應的信號調理電路必須仔細設計，以滿足低偏置電流、低噪聲和高增益的要求。本文分析介紹光電二極管前置放大器，文中討論了與高阻抗傳感器信號調理電路有關的問題，并提供了實際 解決方案。
光電二極管前置放大器設計
光電二極管在受到光照時，會產生一個與照度成正比的小電流，因此是很好的光 電傳感器，可廣泛應用于精密光度計、高速光纖接收器等領域。
光電二極管的等效電路如圖1所示 。光電二極管靈敏度的標準規定方法之一是對來自嚴格定義的光源給定的光強確定它的短路電流ISC。最常用的光源是工作在2 850K色溫下的白熾鎢燈。在100fc(呎-燭光)照度(相當于陰天的光強)下，對于小面積(小于1mm2)二極管的短路電流通常是數皮安(pA)到數百微安(μA)。

短路電流在6~9個數量級的光強范圍呈理想線性變化，因此常被用作絕對光強的測 量。光電二極管兩端的開路電壓隨光強呈對數變化，但因為其溫度系數很大，所以二極管電壓很少用于光強的精密測量。
分路電阻RSH在室溫下通常是1000MΩ左右，且溫度每增加10 ℃就減少1/2。二極 管電容CJ隨結面積和二極管偏壓而變化，對于結面積很小的二極管，零偏壓時的 典型CJ是50pF。
光電二極管可以以兩種模式工作，一是零偏置工作(光伏模式,如圖2a)，一是反偏置工作(光導模式,如圖2b)。在光伏模式時，光電二極管可非常精確地線性工作； 而在光導模式時，光電二極管可實現較高的切換速度，但要犧牲線性。在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流，叫做暗電流(無照電流)。在零偏置 時則沒有暗電流，這時二極管噪聲基本上是分路電阻產生的熱噪聲。在反偏置時 ，由于導電產生的散粒噪聲成為附加的噪聲源。在設計光電二極管過程中，通常 是針對光伏或光導兩種模式之一進行最優化設計的，而不是兩種模式的使用都是 最優化。
將光電二極管電流轉換為可用電壓的簡便方法,是用一個運算放大器作為電流—— 電壓轉換器(如圖3所示)。二極管偏置由運算放大器的虛地維持在零電壓，短路電 流即被轉換為電壓。在最高靈敏度時，該放大器必須能檢測30pA的二極管電流。 這意味著反饋電阻必須非常大，而放大器偏置電流必須極小。例如，對于30pA的 偏置電流，1000MΩ反饋電阻將產生30mV的相應電壓。因為再大的電阻是不切實際 的，所以對于最高靈敏度的情況使用1000MΩ。這樣對于10pA的二極管電流，放大 器將給出10mV輸出電壓；而對于10nA的二極管電流，輸出電壓為10V。這樣便給出 60dB的動態范圍。對于更大的光強值，必須使用較小的反饋電阻來降低電路增益 。對于這個最高靈敏度范圍，我們應能很容易區分無月夜的光強(0.001fc)和滿月夜的光強(0.1fc)。

注意，為了要獲得最大的信噪比(SNR)，我們應當選擇從一級電路而不是兩級電路 的級聯來獲得盡可能高的增益。如果我們將反饋電阻減小為原來的一半，則信號強度則降為原來的1/2，而反饋電阻產生的噪聲√4KTR·帶寬僅降低√2倍。假定閉環帶寬保持不變，這將使SNR減小3dB。在下面的分析中，我們將看到電阻是對總輸出噪聲影響最大的因素之一。

要精確測量數10pA范圍的光電二極管電流，運算放大器的偏置電流不應大于數皮 安，這就大大縮小了選擇的余地。工業標準的OP07是一種超低失調電壓（10μV） 的雙極型運算放大器，但是其偏置電流達4nA（4000pA）。盡管帶偏置電流補償的 超　雙極型運算放大器（例如OP97），在室溫下的偏置電流大約有100 pA，但是 因為它不象FET那樣溫度每升高10℃偏置電流就增加一倍，所以對于很高溫度下的 應用很合適。我們選擇帶FET輸入的“靜電計級”運算放大器作為光電二極管前置 放大器，因為它必須只工作在指定的溫度范圍內。這類器件采用BiFET工藝制造， 使用P溝道結型場效應晶體管JFET作為輸入級（參見圖4）。運算放大器電路的其 余部分使用雙極型運算放大器設計。為使失調電壓和失調電壓漂移減至最小，Bi FET運算放大器在芯片工藝中采用了激光微調技術。失調電壓漂移通過下列調整過 程減至最小：首先微調輸入級，使構成一對差動電路的兩個JFET中的電流相等； 然后，微調JFET源電阻，將輸入失調電壓減至最小。選擇AD795作為光電二極管前 置放大器，其主要性能如下：
·失調電壓：在 25℃時，最大為250μV（K 級）
·失調電壓漂移：最大為3μV/℃