新光电第五章第三、四、五节资料.pptVIP

第五章第三节光电检测电路的动态设计 第三节 光电检测电路的动态设计 光电器件由于自身惯性和检测电路耦合电容、分布电容等非电阻性参数的存在，光电检测电路需要一个过渡过程才能对快速变化的输入光信号建立稳定的响应。 在光电器件以各种耦合方式和电路器件组成检测电路时，其综合动态特性不仅与光电器件本身有关，而且还取决于电路的形式和阻容参数，需要进行合理的设计才能充分发挥器件固有性质，达到预期动态要求。 工程上描述检测通道频率响应的参数是通道的通频带?f，它是检测电路上限和下限截止频率所包括的频率范围。 ?f 越大，信号通过能力越强。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 一、光电检测电路的带宽 带宽在低噪前放及耦合电路设计中是一个重要参数。探测系统所接收信号光功率频谱范围有限，而噪声频谱范围无限。在保证信号有效带宽前提下，限制光电检测电路通频带可有效抑制噪声。 电路带宽选择原则：保持信号频谱中绝大部分能量通过而削掉部分频谱能量较低的高频分量，同时对信噪比和信号失真折衷考虑。例如，检出正弦调幅信号，带宽只要能通过中心频率加边频分量即可。对于调频信号则可近似取为： (5-55) 式中， ?fm为所需带宽；MF是FM调制系数； ?f是负载波引起的频移。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 对于脉冲信号，其主要频谱能量集中在?f = 0~1/τ以内，(τ为脉冲宽度)。在实际系统中，从提高信噪比的角度考虑，并不要求保持脉冲信号的形状。所以通常按实际需要牺牲高频分量，保持必要的脉冲特性。也有少数系统要求保持脉冲形状不失真或失真很小，这就要求能通过较多的高频分量。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 放大器对矩形脉冲的响应特性与放大器带宽有关，图5-16说明了所需保持的脉冲波形和电路的3dB带宽?f之间的关系。矩形脉冲脉宽τ越窄，要求放大器的带宽就越宽。否则脉冲将被展宽，其幅度也随之下降。 ?f τ= 0.25时，随着?f 加宽，输出信号幅度与带宽平方成正比； ?f τ= 0.5时，峰值功率上升，响应时间缩短； 带宽再增加时，响应时间减小，输出信号峰值功率很快达到常数且与带宽无关。 由于输出噪声功率随带宽线性增加，因而存在最佳带宽。 对于矩形脉冲，当?f τ= 0.5时出现最大值；对于其他形状脉冲，?f τ=0.25~ 0.5。 当要求保持脉冲形状时，带宽要求更 宽些。对于矩形脉冲，?f τ = 4时，才 能准确保持脉冲形状。 ?f τ 0.5 后输出峰值幅度已基本不变。 所以从信噪比要求出发， ?f τ不必超过0.5。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 二、光电检测电路的频率特性 1. 光电检测电路的高频特性 大多数光电探测器对检测电路的影响突出表现在对高频光信号响应的衰减上。首先讨论光电检测电路的高频特性。 以图5-17a所示反偏光敏二极管交流检测电路为例进行分析讨论。 图5-17b给出了该电路的微变等效电路图。高频状态下耦合电容Cc可忽略不计。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 电路方程： (5-56) 式中，SE为光电灵敏度；e是入射光照度(e=E0+Emsinωt)； SE e是输入光电流；iL是负载电流； ib是偏置电流； ij是结电容电流； ig是光敏二极管反向漏电流。 式中各光电量均是复数值。 第五章第三节光电检测电路的动态设计 求解式(5-56)可得: (5-57) 式(5-57)可以改写成下述形式： (5-58) 式中，τ0为检测电路的时间常数，τ0 =Cj/(g+GL+Gb) 。 由式(5-58)可见，检测电路频率特性不仅与光敏二极管参数Cj和g有关，而且