一种用于gan紫外探测器的前置放大器电路的分析与设计

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1、一种用于GaN紫外探测器的前置放大器电路的分析与设计摘要：以GaN光伏型紫外探测器输出的微弱电流信号为根据对探测器的前置放大电路进行设计，首先运用标准的电路理论建立了等效噪声模型，分析计算了电路中各个噪声源引起的噪声，导出了光电检测电路的信噪比输出公式，对影响光电检测电路输出信噪比的因素进行丫详细的分析与研究；同时还给出了跨组放大器带宽与稳定性之间的关系，最后用multisimlO软件的仿真印证了分析和设计的正确性。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作

2、权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。关键词：紫外探测器；前置放大器；噪声；稳定性中图分类号：TN72文献标志码：A文章编号：2095-2945(2017)20-0011-03引言空空导弹系统中多为红外制导和雷达制导。随着干扰手段的发展，单一的探测手段匕经不能满足抗干扰的需求。于是，出现了双色探测器等多探测体制，如紫外/红外、紫外/激光、红外/激光等多种复合探测体制。继红外探测技术之后紫外探测技术成为又一重要的军民两用光电探测技术。相较于红外探测系统

3、，紫外探测技术因其独有优势，受到了军方的关注。正是因为军方的重?和紫外探测技术的独特性，本文开展紫外信号检测放大技术的研究，以此来确定一种更适合紫外信号的前放电路结构，并对它的噪声特性及抑制方法进行分析和验证。1紫外探测器紫外探测器件主要分为点探测器和像探测器。半导体紫外探测器件因其体积小、过载高在军事中应用较多。本系统中采用GaN基紫外探测器，光谱响应区间在260〜380nm，峰值响应波长为365nm。在探测器应用中多采用结构［2］，I层会加大耗尽层厚度。I层有更高的电阻相对于PN层，这里的反向偏压形成高电

4、场区，加宽了光电转换的有效工作区域，使暗电流有所降低，提高了灵敏度，探测器的电容也有减小。紫外探测多采取直接探测，所以在光信号功率小时，电信号输出相应也较小。一般在实际探测器的应用中，为了方便后续处理，通常使用前置放大电路将信号放大。紫外探测器中就要设计合理的前置放大电路，以保证探测系统能够在一定的输出信噪比下工作。2前置放大电路微弱光电信号前置放大器，信号小，输入信噪比低，在空空导弹系统等军用系统中多右专门的低噪声放大器。而在低噪声放大器的设计中，噪声水平、放大器的增益和放大器的带宽通常要依据其中的带宽综合

5、考虑。2.1光电二极管的等效电路模型紫外探测为直接探测方式。光信号功率小，紫外探测器的电信号输出也相应较小，在本设计中所采用的探测器芯片的响应较小，ID约为5nA左右，零偏阻抗100MQ，结电容CJ~50pf，等效电路［4］如图1所示。它包含一个被辐射光激发的电流源，一个理想的二极管，结电容和寄生串联及并联电阻。IL为二极管的漏电流，ISC为二极管光电流，Rpo为寄生电阻，ePD为噪声源，结电容大致为20pf。在本文的应用中，紫外探测器芯片工作在零偏置即光伏模式下。在此模式下探测器芯片作为光电二级管可以非常精

6、确的线性工作。零偏置条件下，无暗电流，二极管噪声等同分电路电阻的热噪声;反偏置条件下，则有暗电流产生附加噪声源。本文就要对这种光伏模式进行最优化设计。2.2光电检测电路设计由于探测器工作状态吋产生的是电流信号，在后续使用中要将它转换为电压信号，主放大器的作用就是对光电流进行I-V转换，并放大到所需要的值。2.2.1电流-电压转换电路分析和设计本文所采用的光电转换电路为高灵敏度的电流-电压转换器，二极管偏执由运算放大器的虚地维持在零电压，短路电流即被转换为电压。电流电压转换电路如图2所示。由于在最高灵敏度时该放

7、大电路［5］必须能检测InA的二极管电流，采用普通结构的电流电压转换器会使反馈电阻非常大，例如对于InA的二极管电流，要求输出0.IV的电压，则需要100MQ的偏置电阻，而电阻是对总输出噪声影响最大的因素之一。这对系统噪声的影响是不可想象的。该主放大器的输出V0=-klRfidkl=l+Rl/R2+Rl/Rf可见这个电路是靠倍乘因子k来增加R的，于是我们基于一个合理的R值，依靠倍乘因子k来提高灵敏度。针对本电路为丫实现0.InV/nA的灵敏度，由式可知klRf=0.l/10-9=100M?赘，这是一个相当大的

8、值，为了不至产生太大噪声，由Rf=lM?赘出发，然后乘以100以满足技术指标，因此，l+Rl/R2+Rl/106=100。在采用R2=lk?赘时，可得Rl々99k?赞（用最接近标准值的100kQ）2.2.2前置放大电路的噪声分析外部噪声（系统的外界干扰）和内部噪声（光电系统本身产生的噪声，是光电检测器件和检测电路的器件固有噪声）为光电检测电路的主要噪声来源。外部噪声要通过外部手段控制，本文中我们主要