光电探测器的偏置电路.ppt

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1、光电探测与信号处理第四章光电信号处理华中科技大学1第四章光电信号处理教学内容课内学时课外学时4.1光电探测器的偏置电路4.1.1探测器伏安特性回顾及基本概念4.1.2可变电阻型探测器的偏置和设计4.1.3恒流源型探测器的偏置和设计4.1.4光生电势型探测器的偏置和设计4.2光电探测器的放大电路4.2.1放大器的噪声模型4.2.2放大器的外部电路设计4.2.3多级放大器的噪声影响4.3微弱信号检测4.3.0概述4.3.1信噪比改善（SNIR）4.3.2相关检测原理4.3.3锁定放大器4.3.4取样积分器8h8h24.1.1探测器伏安特性回顾及基本概念4.1.2可变电阻型探测

2、器的偏置和设计4.1.3恒流源型探测器的偏置和设计4.1.4光生电势型探测器的偏置和设计4.1光电探测器的偏置电路34.1.1探测器的伏安特性回顾及基本概念4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）一、探测器的伏安特性51．可变电阻型探测器的伏安特性光电导探测器（光敏电阻）62．恒流源型探测器的伏安特性（1）光电倍增管阳极与末极倍增极间的电压/VI/µA7（2）光伏探测器8（a）光电二极管9（b）光电三极管103．光生电势型探测器的伏安特性光电池11静态：当电路没有输入信号时（对光信号而言指恒定的

3、或缓慢变化的光信号），电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静态工作情况下，负载线和伏安特性曲线的交点称为静态工作点。动态：当电路输入信号后，电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作状态，简称动态。如在许多场合下，光电检测电路接受到的是随时间变化的瞬变信号或各种形式的调制光信号。在动态工作情况下，负载线和伏安特性曲线的交点称为动态工作点。1.静态和动态二.基本概念12电路中直流信号和交流信号是同时存在的，为了分析研究方便，将两种信号对电路的作用分开讨论，即分为直流通路和交流通路。直流通路:在直流电源作用下直流电流流过

4、的通路，即静态电流通路。主要用于求解静态工作点。直流通路的确定方法:(a)将电容开路；(b)将电感短路，忽略内阻；(c)信号源短路，保留内阻。2.直流和交流通路13交流通路:在输入信号作用下交流电流流过的通路，即动态电流通路。主要用于确定电路的动态参数。交流通路的确定方法:(a)将电容视为短路；(b)将电感视为开路；(c)将直流电源视为短路。(小内阻)信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。在分析电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则，求解静态工作点Q时应用直流通路，求解动态参数时应用交流通路，两种通路必须分清，不可混淆。14RC耦合共射放大电路开路开路RB+ECRCC

5、1C2T直流通道RB+ECRC利用上述原则，阻容耦合共射放大电路的直、交流通路分别为:15对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路164.1.2可变电阻型探测器的偏置和设计17：探测器电阻：偏置电阻（或负载电阻）一、基本偏置的静态设计1.图解法负载回路方程伏安曲线负载线伏安特性（缓变辐射）182.解析法偏置电流输出点电压光敏电阻功耗入射辐射变化时，偏置电阻RL两端的输出信号电流、电压变化为？电路参数确定后，输出信号变化与入射辐射量的变化成线性关系。19设入射于光敏电阻的辐射为调制辐射正弦，RLRd~ipCdVL等效微变电路

6、基本偏置电路二、基本偏置的动态设计20输出的交流部分电流输出的交流部分电压交流负载线21检测微弱信号时需考虑器件的固有噪声：热噪声、产生－复合噪声及１/f噪声光敏电阻若接收调制辐射，其噪声的等效电路如图所示ipingrintinfRLRdCd考虑噪声时的噪声等效电路224.1.3恒流源型探测器的偏置和设计（光电二极管）参考：孙培懋，光电技术康华光，电子技术基础，第三版23一.静态（直流或缓慢变化辐射）（1）基本电路24负载线的确定：I＝0，（N点）；V=0,（T点）负载线的斜率：－1/Rb。当输入光通量由Φ0作±ΔΦ缓慢改变时，在负载电阻上会产生±ΔV电压输出和±ΔIQ的

7、电流信号输出。（2）确定静态工作点负载线和静态工作时所对应的伏安特性曲线的交点Q即为输入电路的静态工作点。25电路参数Rb对输出信号的影响由图可知：在一定偏压下，随Rb增大，输出信号电压范围变大，但过拐点M后，信号会产生畸变。M（3）参数分析（Rb和Vb）Rb影响M26Rb值一定时，未过拐点M之前，Vb增大使输出信号电压线性改善。Vb过大使功耗加大，引起PD反向击穿。Vb影响电路参数Vb对输出信号的影响M27结论：在利用图解法确定Rb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，使负载线稍高于拐点M，并保证Vb不大