光电探测器偏置电路课件PPT.ppt

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1、4.2光电探测器的偏置电路偏置：在探测器上加一定的偏流和偏压使探测器能在电状态正常工作，输出光电信号。目的：取出光电信号。偏置电路的设计依据：器件的伏安特性同晶体管加电源和偏置电路选取适当工作点的情况类似。4.2.1光电导探测器（PC）的偏置电路4.2.2光伏探测器（PV）的偏置电路主要内容探测器的伏安特性分三种类型：可变电阻型光生电势型恒流型PC器件电阻型热探测器（加偏置，不分正负）PV器件，PMT（加反向偏置）光电池（不加偏置）4.2.1光电导探测器的偏置一、基本偏置电路分析偏置电流：设光照射在探测器上，其电阻值变化为ΔRS，则电流变化即信号电流iS为：RS:光敏电阻

2、；RL：偏置电阻输出点A的直流电压：信号电压为：分析：a)VS与VB的关系VB↑→VS↑但太大,功耗Pm↑——损坏器件例：化学沉淀PbS最大功耗Pm为0.2瓦每平方厘米,使用时要低于比值，取0.1瓦每平方厘米推导最大功耗Pm与VB的关系：Ad:探测器光敏面积,平方厘米，RL，RS为电阻单位，VBmax为V单位b）VS与RL的关系令上式=0则时，有极大值：这时叫功率匹配,信号电压最大。c)最佳偏置条件的确定在偏置电流Il一定条件下,由上式可知：Rl↑→Vs↑。但实际上当负载电阻RL↑时,为保持固定的Il,应该VB↑二、光电导探测器三种特殊偏置方式及其特点分析1.三种常用的偏

3、置方式1）恒流偏置当选定RL>>Rs，则与Rs无关。即在工作过程中流过探测器的电流是一恒定电流。当选RL<

4、响应度。2.三种偏置情况的比较从放大器输出的信噪比考虑，在以上三种偏置状态的偏置电流相等的情况下：当探侧器与放大器系统的噪声以探测器的非热噪声为主时，输出的S/N与偏置状态无关；当系统以探测器的热噪声为主时，恒流偏置可以获得的S/N最大，匹配偏置次之，恒压偏置最小。4.2.2光伏探测器的偏置一、PV器件静态工作点的确定二、光伏探测器的等效电路三、PV器件静态工作状态的设计反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算光生电势型探测电路的静态计算四、PV器件动态工作状态设计光电二极管交流探测电路光电池交流检测电路PV器件的回顾1）零偏置或正向偏置：工作在伏安特性的第四象限，多用于输出

5、功率。也可以用于探测。2）反向偏置：工作在第三象限，多用于探测。PV器件零偏置时1/f噪声最小，可以获得较高的S/N。一.PV器件静态工作点的确定直流负载线方程：交流负载线方程：二、光伏探测器的等效电路1.直流等效电路工作在直流状态时流过探测器的电流ID：光生电流Iph；暗电流Id（包括结电流Id1和结表面漏电流Id2）光电流结电流漏电流流过探测器的电流2.交流等效电路光子流速率微变引起的电流变化：其中：交变光电流动态电导连接前放的交流等效电路随时间缓慢变化的光信号其频谱分布处于低频段，通常延伸到零频。相应的探测电路多采用直流探测型或调制探测型。对于直流探测型的输入电路，

6、主要的设计工作是电路静态工作点的计算。三.PV器件静态工作状态的设计（一）反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算1.图解计算法基本电路PDbVbRVTN线的确定：当I＝0时，V=Vb（N点）；V=0（T点）连接NT，称为负载线，因为它与电压轴的夹角决定了负载电阻RL。由于串联回路中流过多元件的电流相等，负载线和它的伏安特性曲线的交点Q即为输入电路的静态工作点。当输入光通量由Φ0作±ΔΦ改变时，在负载电阻上会产生±ΔV电压输出和±ΔIQ的电流信号输出。利用图解法可定性的求出电路参数RL和Vb对输出信号的影响。由图可知:随Rb增大，信号电压变大，超过M点产生畸变。M同时，随Vb

7、↑线性改善。但功耗加大，过大的Vb会引起PD反向击穿。在利用图解法确定输入电路的RL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，使负载线稍高于转折M，并保证Vb不大于最高工作电压Vmax。例：用2DU测缓变辐射通量。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）辐射通量变化10μW时，输出电压的变化量。解：依题画出如下简图(1)为保证2DU工作于线性区且Rb最大，过