光电探测器偏置电路

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1、第四章光电信号处理4.1光辐射探测过程的噪声4.2光电探测器的偏置电路4.3光电探测器的放大电路4.4微弱信号检测4.5锁定放大器4.6取样积分器4.7光子计数器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4.2.3热释电器件的偏置电路4.2.4光电倍增管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

2、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；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

3、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、s的平均值，而该偏置功率变化不大，故命名为恒功率偏置。2.三种偏置情况的比较从可以获得的响应度来考虑，则恒流偏置优于匹配偏置，匹配偏置又优于恒压偏置。由于恒流偏置通常需要较高的偏置电压源，在实用中可以采取匹配偏置而获得与恒流偏置相当的响应度。2.三种偏置情况的比较如果从放大器输出的信噪比考虑，那么，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。2.三种偏置情况的比较由于探测器都应尽可能工作于最佳偏置范围以内

5、，而对于高暗阻值的光电导探测器，在最佳偏置范围内采取恒流偏置一般需要较高的偏置电压，如果在高偏置电压源不易获得的情况下追求“恒流”偏置而采取较小的偏置电流，则会脱离最佳偏置区域而使S/N下降。在这种情况下，采用具有较高偏流(使之处于最佳偏置范围)的非恒流偏置可能会更好。三、偏置电路的实现1.恒压偏置的实现分压电路的恒压偏置，如p276，图4.13利用晶体管的恒压偏置，如p276，图4.14利用固定晶体管基极电位，从而使发射极电位也固定的特性，将探测器接入晶体管的发射极电路中达到恒压偏置的目的。三、偏置电路的实现2.恒流偏置的实现分压电路的恒流偏置，如p276，图4.1

6、1利用晶体管的恒流偏置，如p276，图4.12若光电导探测器的暗阻Rd较大，而最佳偏置电流亦较大，则恒流偏置需要的侗置电压较高。当提供高压偏置电压源不方便时，可采取利用品体管的有源恒流偏置电路。通过利用晶体管在线性工作区时集-射极等效交流电阻很大(可将其视为RL)，近似恒流源的特性来实现恒流偏置的。它适用于晶体管集－射极等效交流电阻远大于Rd的情况。三、偏置电路的实现3.匹配偏置的实现分压电路的恒流偏置，如p275，图4.10三、偏置电路的实现4.交流偏置当利用微弱信号检测技术(例如用钡定放大器)来测量恒定的或缓变的光辐射信号时，为了取得同步的参考信号，可以对光电与探

7、测器加交流偏置。4.2.2光伏探测器（PV）的偏置一.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二、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4.2.2PV探测器的偏置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