4-2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。主要内容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°探测器的伏安特性分三种类型：可变电阻型恒

2、流型光生电势型IΦ1IIΦ2Φ1Φ1ΦΦ2Φ23Φ3Φ3VVVPC器件PV器件，PMT光电池电阻型热探测器（加反向偏置）（不加偏置）（加偏置，不分正负）4.2.1光电导探测器的偏置一、基本偏置电路分析R:光敏电阻；R：偏置电阻SLVBI=偏置电流：lR+Rsl设光照射在探测器上，其电阻值变化为ΔR，则电流变化即信号S电流i为：SVdRBsid==Isl2()R+Rls输出点A的直流电压：VRBsV=A()RR+ls信号电压为：VdRVRdRVRdRBlsVd===VdVBs−Bss∴V=sA02s

3、()RR+2RRRR++()lslsls分析：a)V与V的关系SBV↑→V↑BS但太大,功耗P↑——损坏器件m°例：化学沉淀PbS最大功耗P为0.2瓦每平方厘米,m使用时要低于比值，取0.1瓦每平方厘米推导最大功耗P与V的关系：mB2VB2VRBSQIP==IR=lmlS2RR++()RRSlSlPA0.1md∴VR=+()RR=()+RBSmaxlSlRRSSA:探测器光敏面积,平方厘米，dRR为电阻单位，L，SV为V单位Bmaxb）V与R的关系SLVRdRVRRΔBlsBlsV==s22()RR

4、++()RRlslsVRRRΔ+−Δ()2VRR′=BslsBls()VsRl3()RR+lsVRRRRVRRRΔ+(2−)(Δ−)BslslBssl==33()RR++()RRlsls令上式=0VRΔBsV=则RR=时，有极大值：Smaxsl4Rl这时叫功率匹配,信号电压最大。c)最佳偏置条件的确定二、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R>>R，则VLsBRlVVBBI=≈lVBRRR+lslRs与R无关。s即在工作过程中流过探测器的电流是一恒定电流。

5、UbbRbRsUwVoCVDwRe2）恒压偏置当选R<

6、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。VDIDCRLriVBPV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VDIDCRLriVB°直流负载线方程：VVI=−−RDBDL°交

7、流负载线方程：ΔI1D=−RRr′′=//ΔVR′LiDL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I：D光生电流I；暗电流I（包括结电流I和结表面漏电phdd1流I）d2°光电流I=eANηphd°结电流I=I[exp(eV/kT)1]−dD10°漏电流IG=Vds2hD°流过探测器的电流Ie=−+ηANIe[exp(V/kTG)1]−+VDd0DshD2.交流等效电路°光子流速率微变引起的电流变化：eΔI=−eANηΔ+Iexp(eV/kT)ΔV+GΔVDd0DD

8、shDkTiigG=−++()vDphdshD其中：交变光电流ieph=−ΔηAdN动态电导eg=Iexp(eV/kT)dD0kTiDiphgdGvDsh°连接前放的交流等效电路iphgdGgiGshLvigGGg=/(+++)phphdshLi三.PV器件静态工作状态的设计°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，主要的设计工作是电路静态工作点的计算。（一）反偏下光电二极管的