光电探测器的偏置电路讲义.pptVIP

光电探测与信号处理; 第四章 光电信号处理;4.1.1 探测器伏安特性回顾及基本概念 4.1.2 可变电阻型探测器的偏置和设计 4.1.3 恒流源型探测器的偏置和设计 4.1.4 光生电势型探测器的偏置和设计;4.1.1 探测器的伏安特性回顾及基本概念;可变电阻型 ;1．可变电阻型探测器的伏安特性;2．恒流源型探测器的伏安特性;（2）光伏探测器 ;（a）光电二极管;（b）光电三极管;3．光生电势型探测器的伏安特性;静态：当电路没有输入信号时（对光信号而言指恒定的或缓慢变化的光信号），电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静态工作情况下，负载线和伏安特性曲线的交点称为静态工作点。 动态：当电路输入信号后，电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作状态，简称动态。如在许多场合下，光电检测电路接受到的是随时间变化的瞬变信号或各种形式的调制光信号。在动态工作情况下，负载线和伏安特性曲线的交点称为动态工作点。 ; 电路中直流信号和交流信号是同时存在的，为了分析研究方便，将两种信号对电路的作用分开讨论，即分为直流通路和交流通路。;交流通路: 在输入信号作用下交流电流流过的通路，即动态电流通路。主要用于确定电路的动态参数。;RC耦合共射放大电路;对交流信号(输入信号ui);4.1.2 可变电阻型探测器的偏置和设计;：探测器电阻;2. 解析法;设入射于光敏电阻的辐射为调制辐射正弦，;输出的交流部分电流;检测微弱信号时需考虑器件的固有噪声：;4.1.3 恒流源型探测器的偏置和设计 （光电二极管）;一. 静态 （直流或缓慢变化辐射）;负载线的确定： I＝0， （N点）； V=0, （T点） ;电路参数Rb对输出信号的影响; Rb值一定时，未过拐点M之前，Vb增大使输出信号电压线性改善。Vb过大使功耗加大，引起PD反向击穿。 ; 结论：在利用图解法确定Rb和Vb时，应根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求，使负载线稍高于拐点M，并保证Vb不大于最高工作电压Vmax。 ;例1 用2DU测缓变辐射通量（静态）。已知2DU的电流灵敏度 ，在测光范围中最大辐射通量100μW,伏安特性曲线的拐点电压VM=10V，若电源电压Vb=15V。 要求负载线建立在线性区内。求： （1）保证输出电压最大时的Rbmax=? （2）辐射通量缓慢变化10μW时，输出电压的变化量. ;解：依题画出如下简图 ;二、动态工作状态设计 （动态工作点＋频率响应）; 反偏压PD的交变光探测基本电路; 斜率为－1/Rb的直流负载线和照度为E0的伏安特性曲线的交点确定静态工作点Q;（2）根据交流通路确定动态负载线和工作区域;交流负载线与光照度E=E0对应的伏安特性相交于Q点。 交流负载线斜率由RL//Rb决定，同时为了充分利用器件的线性区间（使输出信号最大），对应的交流负载线应通过特性曲线的转折点M。;（3）计算信号线性输出最大时，负载RL上的交流输出电压峰值Vm、电流峰值ILm和负载功率PL;将PL对GL求偏微分，得最大功率输出条件为: ;大三角中;2. 探测电路的频率特性计算;分析：不同工作状态下的VL表示;2）电压放大时，希望负载上取得最大电压输出 （RLRb，gGb ）;3）电流放大时，希望负载上取得最大电流输出 （RLRb，gGb ）;比较;习 题;2. PMT阳极特性为： 时，IA=200μA，拐点电压Vm＝60V，阳极电压VA＝90V，要求在线性区内的负载电阻获得最大的输出电压，求： a.直流负载Rb＝？ b. 如果入射的最大光通量由4×10-5lm缓变为2.5×10-5lm时（静态工作点的改变），求输出电压的变化量。;4.1.4 光生电势型探测器的偏置和设计 （光电池）;一.光生电势型探测电路的静态计算 ; 由伏安曲线，对于给定的Φ0，只要选定RL，工作点Q就能由负载线与光电池相应伏安曲线的交点决定。该点的IQ和VQ即为RL上的输出值。相对Φ0的光通量增量±ΔΦ将形成对应的电流变化±ΔI和±ΔV。 ; 由图知：对确定的电阻RL（以RLs为例） ， 当输入光通量较小时，负载上的输出电压和电流随光通量成正比例增加； 当入射光通量较大时，输出电压和电流呈饱和状态（非线性）。电阻越大越明显。; 由图知：对应相同的ΔΦ=Φ1―Φ2， 当RL RLS（临界电阻）时，IQ、VQ与ΔΦ呈线性； 当RL RLS时，呈非线性（电压饱和），在检测电路中往往希望线性。;V;（c）;当;在第