光电检测技术与应用-6光电检测电路

1、第第6 6章章 光电信号检测电路光电信号检测电路光电检测技术及应用光电检测技术及应用主讲：张广远本课内容本课内容l缓变光信光电检测电路的设计要求缓变光信光电检测电路的设计要求l号检测电路号检测电路l光电信号检测电路的动态计算光电信号检测电路的动态计算l光电信号检测电路的噪声光电信号检测电路的噪声l前置放大器前置放大器1 1、光电检测电路的设计要求、光电检测电路的设计要求对检测电路的要求：1良好的光电转换能力2快速的动态响应能力3最佳的信号检测能力4长期工作的稳定性和可靠性。 2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路检测对象检测对象:缓变光信号 方法方法:采用直流电路进行检测 要点要点:静

2、态工作点计算光电传感器件按伏安特性的性质分为:恒流源型、光伏型和可变电阻型三种基本类型 。2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路2.1 恒流源型光电检测电路的静态计算 曲线特征：i、工作电压较小的范围内呈弯曲的趋势，并且有一转折点M；ii、随着工作电压的升高，曲线逐渐平直；iii、不同输入光通量的曲线间近似平行且间距随光通量增大趋于相等。 2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路 具有这种伏安特性的光电检测器件有光电管、光电倍增管、光电二极管和光电三极管等 。(a)光电倍增管光电倍增管 b）光电二极管）光电二极管 c）光电三极管）光电三极管 这些特性曲线和晶体管集电极特性曲线类似

3、，区别是光电器件的光电流是由输入光功率控制，而三极管是由基极电流控制2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路1）图解计算法基本电路基本电路 图解法图解法 LbIRUIU适用于大信号状态下的电路分析2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路负载电阻影响 电源电压影响 电阻减小，电流增大，电阻减小，电流增大，RL端电压减小。端电压减小。偏置电压增大，输出电压增大。偏置电压增大，输出电压增大。2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路2）解析计算法i、折线化伏安特性方法一：作两段曲线的切线，交于方法一：作两段曲线的切线，交于M点，并连接点，并连接原点原点O和和M。2 2、缓变光信号检测

4、电路、缓变光信号检测电路方法二：最大输入光信号对应的伏安特性曲方法二：最大输入光信号对应的伏安特性曲线转折点为线转折点为M。连接原点。连接原点O和和M；过；过M作直作直流部分的拟合直线。流部分的拟合直线。2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路转折电压U0：对应于曲线转折点M处的电压值。初始电导G0：非线性区近似直线的初始斜率。结间漏电导G：线性区内各平行直线的平均斜率。光电灵敏度S：单位输入光功率所引起的光电流值。PISP2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路ii、确定工作点电流：光电流和暗电流之和。 SGUIIUfIpd,微变等效方程为：微变等效方程为： SdGdUdIdUU

5、IdI2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路输入电路的工作状态的计算包括：负载电阻、偏置电压、输出电流幅度、输出电流幅度。（1）确定线性工作区域折线化特性曲线由U0、G0、G和S四个参数决定。 2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路在线段 MN上有关系：maxSGUUG000解得解得 GGSU00max0max0USGG2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路（2）计算负载电阻和偏置电压 为保证最大线性输出条件，负载线和max与对应的伏安曲线的交点不能低于转折点M。假设负载线通过M点，因此有：00L0bUGGUU2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路当Ub已知时，

6、可计算出负载电导GL或电阻RL为：00bLG1SGG1UG1Rmax)(0max0max0max0000)1 (GSGGUSGGGSUUUUGGbLbL2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路 当RL1GL已知时，可计算偏置电源电压Ub为： )()()(00max0max000GGGGGSUGGSUGGGUULbLb00L0bUGGUU2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路（3）计算输出电压幅度 输入光通量由min变化到max时，输出电压幅度为UUmax-U0 minmax)(SGUUUGnaxbLmax)(SGUUUG00bLH点点 M点点 2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信

7、号检测电路解得 ：LbLGGSUGUminmaxLbL0GGSUGUmax则，输出电压幅度为则，输出电压幅度为 ：LLGGSGGSU)(minmaxP76 公式公式4-9有误有误2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路（4）计算输出电流幅度输出电流幅度为：UGIIILminmaxLLGG1SUGIminmax通常通常GLG SSI)(minmax2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路（5）计算输出电功率由功率关系可得 :22)(LLLGGSGUGP2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路2.2、光伏型光电检测电路的静态计算、光伏型光电检测电路的静态计算 伏安特性伏安特性 等效电路等效电路具有这种伏安特性的光电器件包括光电池和工作与光电池状态下的光电二极管等2 2、缓变光信号检测电路、缓变光信号检测电路光电池的输出电流:pUU0I1eIIT)(UTKTq26mV（T300K时），时），IpSE 翻转到第一象限翻转到第一象限)(1eI