附红外辐射探测器.ppt

* * * * * 以μPC1373H为核心的 红外接收电路 * * * * * * * * * * * 实际使用中可以根据光源性质来选择光电池，反之，也可根据现有的光电地来选择光源。 * 实验证明，光敏三极管的截止频率和它的基区厚度成反比关系。如果要求截止频率高，那么基区就要薄；但基区变薄，光电灵敏度将降低，在制造时要适当兼顾两者。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3.光子噪声 以上是热激发作用产生的散粒噪声。假定忽略热激发作用，即认为热激发直流电流Id为零。 由于光子本身也服从统计规律。我们平常说的恒定光功率，实际上是光子数的统计平均值，而每一瞬时到达探测器的光子数是随机的。 因此，光激发的载流子一定也是随机的，也要产生起伏噪声，即散粒噪声。因为这里强调光子起伏，故称为光子噪声。 它是探测器的极限噪声，不管是信号光还是背景光，都要伴随着光子噪声，而且光功率愈大，光子噪声也愈大。 * 4.热噪声 电阻材料，即使在恒定的温度下，其内部的自由载流子数目及运动状态也是随机的，由此而构成无偏压下的起伏电动势。 这种由载流子的热运动引起的起伏就是电阻材料的热噪声，或称为约翰逊（Johnson）噪声。 热噪声是由导体或半导体中载流子随机热激发的波动而引起的。其大小与电阻的阻值、温度及工作带宽有关。 * 电阻R的热噪声电流为 相应的热噪声电压为 有效噪声电压和电流分别为 一个电阻R在其噪声等效电路中，可以等效为电阻R与一个电压源Un的串联，也可以等效为电阻R与一个电流源In相并联，如图所示。 Vn R In R * 5. 1/f 噪声 1/f 噪声又称为闪烁或低频噪声。 这种噪声是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。 几乎在所有探测器中都存在这种噪声。它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且与光辐射的调制频率f成反比，故称为低频噪声或1/f 噪声。 实验发现，探测器表面的工艺状态(缺陷或不均匀等)对这种噪声的影响很大，所以有时也称为表面噪声或过剩噪声。 * ６.　温度噪声 它是由于材料的温度起伏而产生的噪声。在热探测器件中必须考虑温度噪声的影响。 当材料的温度发生变化时，由于有温差ΔT的存在，因而引起材料有热流量的变化Δφ，这种热流量的变化导致产生物体的温度噪声。 温度为T的物体的热流量噪声方均值为 A为传热面积；h为传热系数，其单位为[W/(m2K)]；k为玻耳兹曼常数；T为材料温度； Δf为通带宽度。 * 温度噪声与热噪声在产生原因、表示形式上有一定的差别，主要区别在于： 对于热噪声，材料的温度T一定，引起粒子随机性波动，从而产生了随机性电流 ； 对于温度噪声，材料温度有变化ΔT，从而导致热流量的变化Δφ，此变化就表示了温度噪声的大小。 * 红外探测器偏置与放大电路 * 在光电检测系统中，光探测器接收到的光信号通常十分微弱，往往被淹没于噪声之中，不具备直接处理的条件，必须作预处理。 预处理的目的为： （1）在光探测器与后续处理器间实现阻抗匹配； （2）将光探测器的输出信号放大到后续处理器要求的电平幅度； （3）滤除部分噪声，提高信噪比； （4）对光电信号进行适当的转换（时域---频域、模拟---数字等） 本小节讨论探测器的偏置和前置放大器的噪声特性及其设计。 * 对于热电偶、热电堆、热释电、光磁电探测器，不需要加偏置电源，在红外光的照射下，可以自生光信号电流或电压。 光电导、光电子、热敏电阻需在外加电场的作用下才能形成光信号电流或电压，需加偏执电源。 光伏型探测器是PN结型探测器，可以不加偏置电压，也可以加小的反向偏压以获得好的信噪比。 偏置电路主要为恒流和恒压两种。 红外偏置电路 * 一.恒流偏置电路 由于稳压管DZ的影响，晶体管基极电位固定，于是集电极电流IC为恒定，其值为 设光功率dΦ照射器件Rd所引起的阻值变化为△Rd，则输出信号电压为 引入光电导灵敏度 其中dg为光电导增量，联合上式可有 可见输出信号电压与探测器电阻的平方成正比。 * 二.恒压偏置电路 由图可见，如果不计晶体管基－射极间的压降，则探测器Rd为恒压UB偏置。流经Rd的电流增量为 于是输出信号电压为 由上式可知，恒压偏置的输出信号电压与Rd无关。 * 红外探测器探测到外界信号后输出电信号，而且此信