最新光电检测发电路设计教学讲义ppt.ppt

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1、光电检测发电路设计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)光电三极管如果输入光通量为Φo，则负载线和对应于输入光通量为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Φ

2、o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。⑷电源对电路的影响但电

3、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

4、法的应用：二、解析法伏安特性的分段折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

5、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、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

6、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

7、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光电池的输出电流为：⑵光电池的两端电压为：1、光伏型器件输入电路的形式无偏置电路及其等效电路2、无偏置输入电路的静态计算㈠负载对输出信号的影响由于光电池特性的非线性，负载电阻的选择会影响光电池的输出信号。例如在图中，对应光通量的

8、增量ΔΦ＝Φ1-Φ2，在短路状态下（RL＝0），输出电流增量ΔI＝Isc2-Isc1，输出电压为零。随着RL的增大，电流逐渐变小，输出电压随之增大，直到某一临界电阻RM之后负载上的电压变得饱合。根据上述公式，在同一入射光通量下，负载电阻对光电池输出电压、电流、功率的影响曲线表示在图中。由图可见，根据选用负载电阻的数值可以把光电池的工作状态分作：短路或线性电流放大、空载电压输出、线性电压放大和功率放大四个区域，分别由图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。下面讨论前三种工作状态。可以定量地描述负载电