光电检测发电路设计.ppt

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1、⑴灵敏的光电转换能力：使给定的输入光信号在允许的非线性失真条件下有最佳的信号传输系数，得到最大的功率、电压或电流输出。⑵快速的动态响应能力：满足信号通道所要求的频率选择性或对瞬变信号的快速响应。⑶最佳的信号检测能力：具有为可靠检测所必需的信噪比或最小可检测信号功率。⑷长期工作的稳定性和可靠性。检测电路应满足下列技术要求：缓慢变化的光信号通常采用直流检测电路。直流检测电路的计算重点在于确定电路的静态工作状态，由于光电检测器件伏安特性的非线性，一般采用非线性电路的图解法和分段线性化的解析法来计算。我们将根据器件伏安特性的性质分作：恒流源型、光伏型和可变电阻型三

2、种基本类型。6.1恒流源型光电检测电路的静态计算恒流源型光电检测器件的伏安特性a)光电倍增管b)光电二极管c)光电三极管⑴在工作电压较小的范围内曲线呈弯曲的趋势，并且有一转折点M。⑵工作电压加大后曲线逐渐平直。⑶对于不同的输入光通量，各曲线间近似平行且间距随光通量增大趋于相等。这种输出电流随器件端电压增大而变化不大的性质称恒流源特性。一、图解计算法式中，U(I)是非线性函数。上式可利用图解法进行计算。在伏安特性上划出负载线Ub-IRL，它是斜率为-1/RL、通过U＝Ub点的直线。与纵轴交于Ub/RL点上。⑴画出负载线如果输入光通量为Φo，则负载线和对应于输

3、入光通量为Φo时的器件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Φo改变+ΔΦ（或-ΔΦ）时，在光电二极管两端产生-ΔU（或+ΔU）的电压信号和+ΔI（或-ΔI）的电流信号。⑵光通量对输出信号的影响⑶负载对输出信号的影响当偏置电压Ub不变时，对于同样的输入光通量Φo±ΔΦ，负载电阻RL的减小→负载线的斜率增大→光电二极管两端电压△U(I)减小→输出电压△Uo减小。负载电阻RL的增大→负载线的斜率变小→光电二极管两端电压△U(I)增大→输出电压△Uo增大。但过大的RL会使负载线越过特性曲线的转折点M进入非线性区，这会使输出信号的波形发生畸变

4、。⑷电源对电路的影响但电路的功耗随之加大，并且过大的偏置电压会引起光电二极管的反向击穿。利用图解法确定输入电路的负载电阻RL和反向偏压Ub值时，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点M，以便得到不失真的最大电压输出，同时保证Ub不大于器件的最大工作电压Umax。图解法特别适用于大信号状态下的电路分析。例如在大信号检测情况下可以定性地看到输出信号的波形畸变。在用作光电开关的情况下可以借助图解法合理地选择电路参数使之能可靠的动作，同时保证不使器件超过其最大工作电流、最大工作电压和最大耗散功率。图解法的应用：二、解析法伏安特性的分段折

5、线化和微变等效电路a)折线化一b)折线化二c)等效电路折线化伏安特性可用下列参数确定：⑴转折电压U0：对应于曲线转折点M处的电压值。⑵初始电导G0：非线性区近似直线的初始斜率。⑶结间漏电导G：线性区内各平行直线的平均斜率。⑷光电灵敏度S：单位输入光功率所引起的光电流值。在输入光通量变化范围Φmin～Φmax为已知的条件下，用解析法计算输入电路的工作状态可按下列步骤进行。1、确定线性工作区域⑴由对应最大输入光通量Φmax的伏安曲线弯曲处即可确定转折点M。⑵相应的转折电压U0或初始电导值G0可由图中图示关系决定。上式给出了折线化伏安特性四个基本参数U0、G0、

6、G和S间的关系。在线段MN上有关系G0U0＝GU0+SΦmax由此可解得U0＝SΦmax/(G0-G)或G0＝G+SΦmax/U02、确定负载电阻和偏置电压为保证最大线性输出条件，负载线和与Φmax对应的伏安曲线的交点不能低于转折点M。设负载线通过M点，此时由上图a中的图示关系可得⑴当已知Ub时，可计算出负载电导（阻）GL（RL）为⑵当RL已知时，可计算偏置电源电压Ub为3、计算输出电压幅度当输入光通量由Φmin变化到Φmax时，输出电压幅度为其中Umax和U0可由图中M和H点的电流值计算得到4、计算输出电流幅度输出电流幅度为：通常GL>>G，上式可简化为

7、5、计算输出电功率已知硅光电二极管2DU2的灵敏度Si=0.55μA/μW，结间漏置电导G=0.02μS，转折点电压U0=13V，入射光功率从Φmin=15μW变到Φmax=35μW，供电偏电压为Ub=55V。求：⑴取得最大线性输出电压下最佳负载RL。⑵输出电压ΔU。(3)输出电流ΔI。习题6－16.2、光伏型光电检测电路的静态计算光伏型光电器件的伏安特性和等效电路光伏型光电器件的伏安特性是一组以入射光功率为参量的曲线组，分布在伏安坐标系的第四象限。由于器件的端电压U和电流I的方向相反，对外电路形成电势，所以具有赋能元件的性质，可对负载供电。有这种伏安特性

8、的光电器件包括光电池和工作于光电池状态下的光电二极管等。⑴光电池的