4-3光电探测器的放大电路
光电探测器的应用原理图
光电探测器的应用原理图1. 什么是光电探测器光电探测器是一种将光信号转换为电信号的设备，主要用于检测、测量和控制光信号。
它通常由光敏元件和电子电路组成，能够将光能转化为电能，并产生相应的电信号输出。
2. 光电探测器的应用领域光电探测器在科学研究、工业生产以及日常生活中有着广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域：•光通信：光电探测器作为光通信系统的重要组成部分，用于接收和解码光信号，实现高速、高效的光通信传输。
•星载天文观测：光电探测器可用于接收并记录遥远星系的光信号，从而帮助科学家研究宇宙的起源和演化。
•安全监控：光电探测器可用于安全监控系统中，通过检测光信号的变化来实现入侵检测、运动跟踪等功能。
•医学影像：光电探测器在医学领域中的应用包括光电子显微镜、光学成像系统等，能够提供高分辨率的生物组织影像。
•环境监测：光电探测器可用于测量环境中光敏物质的浓度，例如水中溶解氧浓度的监测、大气中颗粒物浓度的监测等。
3. 光电探测器的工作原理光电探测器的工作原理主要涉及光敏元件的光电效应和电子电路的信号处理。
以下是光电探测器的基本工作原理：1.光电效应：光敏元件通常采用半导体材料，如硅(Si)、锗(Ge)等。
当光线照射到光敏元件表面时，光子能量会激发出载流子，使得光敏元件在电场作用下产生电流。
2.光电转换：光电探测器通过光敏元件将光能转化为电能，产生电流或电压信号。
这些信号可以进一步被电子电路进行放大、滤波和处理。
3.信号处理：光电探测器的电子电路通常包括前置放大器、滤波器和信号处理器等。
前置放大器负责放大弱信号，滤波器用于去除噪声干扰，信号处理器则对信号进行调整、解码与分析。
4. 光电探测器的基本组成光电探测器通常由光敏元件和电子电路两部分组成。
以下是光电探测器的基本组成：•光敏元件：光敏元件是光电探测器的核心部分，负责将光信号转换为电信号。
常见的光敏元件有光电二极管、光敏电阻、光电二极管阵列等。
•电子电路：电子电路包括前置放大器、滤波器和信号处理器等部分，用于放大、滤波和处理光电转换后的电信号。
微弱光信号的光电探测放大电路的设计
微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。
但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。
本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。
1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。
(1)光伏模式，如图1 (a)。
此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。
本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。
(2)光导模式，如图1(b)。
这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。
当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。
可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。
这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。
从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。
经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。
在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。
一种光电探测系统前置放大电路的设计
３ 前置放 大器 的设计
光 电探测 器前 级放 大 电路 的设 计 通常从 两方
∞ ＝ ［ ｆＣ＋ Ｃ） ２ Ａ Ｒ（ Ａ ｆ ］
（） ２
若杂 散 电容很小 ， 《 Ｃ， ‘ ＝Ａ （ 。 ＣＡ 则 Ｉ ） ／ ＲＣ） ： 可见 ， 阻放 大器 的带 宽 比一般 高 阻 抗放 大 器 的 跨 带宽 至少展 宽 了 Ａ 倍 ， 但是 ， 实际 上 Ａ 不 能无 限 制增 大 ， 着 Ａ 的增 大 其 中 杂 散 电容 会 随 之 增 随 大 ， 且为 了增 大 Ａ 必 须要 增 加 放 大 器 的 级数 ， 并 这 样 会增加 附加 相移 ， 引起不 稳定 。 同时 ， 反馈 电
本文采用较小结电容和较快响应时间的国产 光电接收二极管（ Ｉ ） Ｄ ３０ ， ＰＮ Ｇ ３ １Ｙ 其结电容 ５ｐ ， ０Ｆ 暗电流 １０ Ａ， 敏 面直 径 ８ ｍ， ０ｎ 光 ｍ 响应 时 间 ２ ｎ。 ５ ｓ 由于探测器在光导形式下工作 ， 等效为电流源， 光
第０ 第 期 ３卷 １
第３ Ｏ卷第 １ 期 ２ １ 年 ３月 ０２
蠢
Ｊｃ ｌ ＨＥＮＧＤｌ ＡＮＬ ）Ｔ Ｉ ＯＮＧＸＵ Ｎ
Ｖ０． ０ Ｎｏ １ １３ ．
Ｍ８＂ ０１ １２ ２ ．
一
种 光 电探 测 系统 前 置 放大 电路 的设计
薛海 英
（ 北方通 用 电子 集 团有 限公 司微 电子部 苏州 ２５６ ） １ １３
面着手 ：１ 设计合适的电路形式。（ ） （） ２ 选择合适 的器件 。 前置放大器的作用是将光电探测器送来的微
弱 电流信号转换为相应 的电压信号， 所以要求前
置放大器有足够小的噪声 、 当的带宽和一定 的 适
《光电信号处理》PPT课件
同步累积器的原理框图
同步累积器的原理框图如图所示:
V1(t) 同步开关
输出 累积器
V2(t) 触发信号
其中V1（t）为输入信号，V2（t）为与V1（t）周期相同的参 考信号，同步开关受V2（t）产生的控制信号控制，能保证V1 （t）在累积器中同相地累积起来。
26
注意: 在实际应用同步累积法的时候，必须注意满足三个条件： （1） 信号应重复 （2） 有适当的累积器 （3） 能做到同相累积 要保证做到同相累积则要根据不同的被检测信号波形， 确定不同的参考信号。
9
4.4.2最大信噪比原理
为获得最大的输出信噪比，考虑系统频率函数与输入信号之 间的关系。
Si(jω) Si(t) Wi(ω)=N0,Pni(t)
信号处理系统 So(jω) So(t) Hi(jω) Hi(t) Pno(t),Wo(ω)
td时刻系统输出的功率信噪比
S N
P.O
| SO (td ) |2 PN
V1 (t) Vs1 (t) Vs1 sin(1t 1 )
参考为：V2 (t) V2 sin(2t 且2 ) 1 2
则
V1 (t) V2 (t) Vs1V2 sin(t 1 ) sin( t 2 )
Vs1V2 2
[cos(1
2 )
cos(2
t
1
2 )]
29
两信号相乘后，通过积分器进行积分。
32
4.4.7 相关检测法
1 引言 为了将被噪声所淹没的信号检测出来，人们研究各种信 号及噪声的规律，发现信号与信号的延时相乘后累加的 结果可以区别于信号与噪声的延时相乘后累加的的结果， 从而提出了“相关”的概念。 由于相关的概念涉及信号的能量及功率，因此先给出功 率信号和能量信号的定义。
四象限光电探测器电路设计方案
四象限光电探测器的电路设计方案一、原理四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。
一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。
当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。
图1 目标在四象限光电探测器上成像图2方位探测器原理框图。
信号通过放大和调理后由由A/D转换器（本系统中采用ADS7864）采样转换成数字量送入单片机，由单片机处理后得到目标的方位，并根据实际系统的需要输出方位控制指令。
二、电路设计根据实际系统的需要，A/D转换器用ADS7864，单片机用最常见的89C51。
这里对ADS7864作一介绍。
ADS7864是TI公司生产的12bit高性能模数转换器，片上带2.5V基准电压源，可用作ADS7864的参考电压。
每片ADS7864实际由2个转换速率为500ksps 的ADC构成，每个ADC有3个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，2个ADC组成3对模拟输入端，可同时对其中的1～3对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。
由于6个通道可以同时采样，很适合用来转换四象限光电探测器的4路光电信号，剩下2个通道作系统扩展用。
*下面主要介绍电路中的信号采样转换和处理部分。
ADS7864前端调理电路模数转换器的前端调理电路缩放和平移要采样的信号，通过调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。
图3是ADS7864一个输入通道的前端调理电路，图3 ADS7864前端调理电路ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V～+5.3V（ADS7864 +5V 供电）。
图3的电路中使用了2个运放，A1用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源；A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1～R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移以适合ADS7864模拟通道的输入要求。
光电技术 第4-3节 半导体结型光电器件
3、光电导器件的光电效应主要依赖于 非平衡载流子中多数载流子的产生与复合 运动，驰豫时间大，响应速度慢，频率响 应性能较差。而光伏器件主要依赖于结区 非平衡载流子中少数载流子的漂移运动， 驰豫时间短，频率特性好。 4、有些器件如APD（雪崩二极管）、 光电三极管等具有很大的内增益，不仅灵 敏度高，还可以通过较大的电流。 基于上述特点，PV探测器应用非常广 泛，多用于光度测量、光开关、图象识别、 自动控制等方面。
1、光电池的结构特点
光电池核心部分是一个PN结，一般作成 面积大的薄片状，来接收更多的入射光。 在N型硅片上扩散P型杂质（如硼），受 光面是P型层 或在P型硅片上扩散N型杂质（如磷）， 受光面是N型层
受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作 用和保护作用。
上电极做成栅状，便于更多的光入射。 由于光子入射深度有限，为使光照到PN 结上，实际使用的光电池制成薄P型或薄N型。
§3半导体结型光电器件
半导体结型光电器件是利用半导体PN结光生伏特效应来工作的光电探测器， 简称PV（photovoltall）探测器。按照对 光的敏感“结”的种类不同，又可分为 pn结型，PIN型，金属一半导体结型（肖 特基势垒型）和异质结型，最常用的光伏 探测器有光电池、光电二极管、光电三极 管、PIN管，雪崩光电二极管等。
开关测量（开路电压输出）。
线性检测（短路电流输出）
随着负载RL的增大，线性范围将越来越小。 因此，在要求输出电流与光照度成线性关系时， 负载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限 制在适当的光照范围内使用。
4、光电池的应用
（1）光电探测器件
利用光电池做探测器有频率响应高，光电
流随光照度线性变化等特点。
一、结型光电器件工作原理
1、平衡下的P-N结 由半导体理论可得： ①势垒高度
PIN光电探测器低噪声前置放大电路设计
整 的方波信号 ， 仿真结果如图 ４ 所示。 明放大器能进行 说 无失真地传输 。 对输 出的方波信号进行傅 里叶变换之后 ，
所示 ， 电压响应度为 ：
Ｒ ＝ ＝ ＝２３ －３× １ ５ Nhomakorabea× １ ０１ ＞ ０
可以看 出信号的低频 和高频都 在一个 带宽范 围之 内 ， 分 别如图 ５和图 ６ 所示 。
图 ２光 电转 换 电路
前提下工作点尽量设低 ， 滤除部分噪声等 。
１ ． ２仿真结果
此次电路设计使用 的 ＰＮ光电二极管 电流的响应度 Ｉ
Ｒ ０ ５ ／ 最 小探 测光 功率 Ｐ １Ｏ Ｗ， 产 ． ＡＷ， ２ ＝ ０ ｎ 主要测 试光 功 率 为 １ ｗ ， 样 电阻 为 ２ Ｑ， 取 ｋ 因此 ， 根据式（ 可 以计算 １ ） 出在 １０ Ｗ 下 ， ： ０ｎ 有
当 Ｒ 较 大时 ， １ 因光 电二极管结 电容等 的分流作用 ，
流经 Ｒ 的电流为 × ， 出电压为 ： １ Ｌ输
１ ， × Ｒ （ ３ ）
Ｖｅｅ
，上限截止频率为
Ｚ订 “。 Ｌ’
， 即为 ｆ ｒ
放大电路 的带宽 ， 带宽设置合适可以有效滤 除噪声 ， 而且 对输 出信号上 升时 间有 很大 的影 响 ，两者 的关系 为
２０１ Ａ， ． 根据式（可计算 出： ３ ）
Ｖ ×ＲＩ ０１ Ａ×２ Ｑ ＿ ．ｍＶ ＝． ｋ ０２ （） ６
图 ３光电二极 管等效 电路
在仿真时 ，需要首先对选用光敏面直径 ＝ ｍ ２ ｍ的 光 电二极管进行建模 ， 由电流源 、 电容和 电阻构成 （ 图 如 ３ 所示 ） 在对放大 电路进行基本偏置点仿真确定工作点 。
１１１ 电转换 电路 ．， 光
光电探测器的应用电路原理
光电探测器的应用电路原理1. 引言光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电测量以及光学成像等领域。
在光电探测器的应用中，合理设计和配置电路是至关重要的。
本文将介绍光电探测器的应用电路原理，以帮助读者更好地理解和应用光电探测器。
2. 光电探测器的基本原理光电探测器是基于光电效应的原理，通过光的照射使其内部产生电荷，从而实现光信号到电信号的转换。
光电探测器的基本原理包括光电效应的发生、电荷的收集和信号放大等过程。
光电探测器的种类较多，包括光电二极管、光电三极管、光电管等，它们的工作原理略有不同，但基本原理相似。
3. 光电探测器的应用电路3.1 光电转换电路光电转换电路是将光电探测器输出的微弱电流或电压信号转换为可用的电压或电流信号。
常见的光电转换电路包括放大电路、滤波电路和比较电路等。
放大电路通过使用放大器将微弱的光电信号放大到足够的幅度，以便进一步处理。
滤波电路通过滤波器去除噪声和杂散信号，提高系统的信噪比。
比较电路可以用来检测光电信号的强弱，实现光电探测器的自动控制。
3.2 光电探测器的驱动电路光电探测器的驱动电路用于为光电探测器提供适当的工作电压和电流。
它通常包括稳压电路和驱动放大器等部分。
稳压电路可以为光电探测器提供稳定的工作电压，防止由于电源波动引起的测量误差。
驱动放大器可以用来放大光电探测器输出信号，以便进一步处理或传输。
3.3 光电探测器的信号处理电路光电探测器输出的信号需要经过信号处理电路进行滤波、放大、采样等操作，以提取有效信号并去除噪声。
信号处理电路常用的组成部分包括滤波器、放大器、模数转换器和数字信号处理器等。
滤波器可以用来滤除不相关的频率成分，提高信号质量。
放大器可以放大信号的幅度，使其能够被后续的电路处理。
模数转换器将模拟信号转换为数字信号，方便数字信号的处理和分析。
3.4 光电探测器的反馈电路光电探测器的反馈电路用于提高光电探测器的性能，包括增加稳定性、降低噪声以及增大动态范围等。
4-3光敏电阻偏置4-4;4-5
紫外 硫化镉(CdS)和硒化镉(CdSe)
光
敏 电
可见
硫化铊(TiS)、硫化镉(CdS)和 硒化镉(CdSe)
阻
红外 硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)
13
光敏电阻常用光电导材料
14
1、几种典型的光敏电阻
光电导探测器按晶体结构可分为多晶和单晶两类。 多晶类多是薄膜型器件，如PbS、PbSe、PbTe等。 单晶类中常见的有锑化铟（InSb）、碲镉汞
16
• PbS。这是一种性能优良的近红外辐射探测器， 是在室温条件下探测灵敏度最高的一种红外探 测器，室温下的禁带宽度为0.37eV，相应的长 波限为3μm。
17
InSb。这也是一种良好的近红外（峰值波长约 为6μm）辐射探测器。
InSb差分式磁阻传感器
液氮制冷InSb探测器 锑化铟InSb高灵敏度型 霍尔传感器
11
光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品
种能超过1000Hz，而且光电增益与带宽之积为一常。 如要求带宽较宽，必须以牺牲灵敏度为代价。 设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗， 负载电阻值不能很小。 进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。
12
4.4.3 几种常用的光敏电阻
4.3 光敏电阻的基本偏置电路和噪声 4.3.1 基本偏置电路
Rp RL
Vb
1
因为
即 对上式求导，得
所以
g gp SgE
R 1 1 g SgE
1 R
SgE
dR R2
S g dE
R R2Sg E
负号表示电阻值随光照度的增加而减小
2
伏安特性
在一定照度下，光敏电阻输出光电流与两端所加的电压 之间的关系。
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，其工作原理主要依靠光电效应的作用。
光电效应是指当光照射到物质表面时，能量足够高的光子会与物质中的电子发生相互作用，将一部分能量传递给电子，使电子从物质中解离出来，形成自由电子。
这些自由电子在电场的作用下会产生电流，从而实现光信号到电信号的转换。
具体而言，光电探测器通常由光敏电极和电路系统组成。
光敏电极是一种能够吸收光能并产生电流的材料，常见的有硅(Si)、硒化铟(InSe)、镓砷化物(GaAs)等。
当光线照射到光敏电极上时，光子的能量会激发光敏电极中的电子，使其跃迁到导带或传导带上，形成电子空穴对。
电路系统则用于将由光电效应产生的电流转化为可用的电信号。
光电探测器中的电路通常包括放大电路和信号处理电路。
放大电路用于将微弱的光电流放大，增强信号的强度。
信号处理电路则用于对放大后的信号进行滤波、采样、放大等处理，以满足不同应用领域的需求。
总的来说，光电探测器通过光电效应将光信号转化为电信号，利用电路系统对电信号进行处理，最终实现对光信号的检测和分析。
不同类型的光电探测器在工作原理上略有差异，但都基于光电效应的基本原理。
科学出版社 江文杰编著《光电技术》习题答案
4-7 说明 PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。PIN 管的频率特性为什么比普通 光电二极管好? 答：（一）PIN 光电二极管
工作原理：PIN 光电二极管是一种快速光电二极管，PIN 光电二极管在掺杂浓度很高的 P 型半导体和 N 型半导体之间夹着一层较厚的高阻本征半导体 I，其基本原理与光电二极管 相同。但由于其结构特点，PIN 光电二极管具有其独特的特性。如下图所示。
=
SΦ m
R1 RL
=
SΦ m
Rb Rb + RL
=
0.6 × 5 × 125 125 + 125
= 1.5μA
交流输出电压 UL 的有效值
UL = ILmRL / 2 = 1.5μA ×125kΩ/ 2 = 132.6mV
(3)上限截止频率
f HC
=
1 2πR1C1
=
1 2 × 3.14 × 125 ×103 × 6 ×10−12
科学出版社《光电技术》第 1 版习题与思考题及参考解答
第 4 章 光伏探测器
4-1 （1）证明：光电二极管输出的光电流 Ip = eηΦ0 / (hν ) ，式中：Ф0 为入射辐射功率，e
为电子电量，η为量子效率，hv 为入射光子能量；（2）通常光电二极管的内增益 M=1，不会 出现 M>1。试从光伏效应的机理上加以解释。
压，负载电阻 50Ω 自身的噪声电压）：
U
2 in
=
2eiΔf
⋅
R2
+
4kT Δf
⋅
R
=
光电探测_电路实验报告
一、实验目的1. 了解光电探测的基本原理和电路组成。
2. 掌握光电探测器电路的设计方法和实验技能。
3. 熟悉光电探测器的性能测试方法，并分析实验结果。
二、实验原理光电探测器是将光信号转换为电信号的器件，其基本原理是光电效应。
当光照射到光电探测器上时，会产生光生电子，从而在探测器两端产生电信号。
本实验主要研究光电二极管和光敏电阻两种光电探测器。
三、实验仪器与设备1. 光源：LED灯、激光器等。
2. 光电探测器：光电二极管、光敏电阻等。
3. 放大器：低频放大器、高频放大器等。
4. 测量仪器：示波器、万用表、信号发生器等。
5. 实验电路板：包含光电探测器、放大器、电源等组件。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试（1）搭建实验电路，将光电二极管与低频放大器相连，并接入电源。
（2）调整光源，使光照射到光电二极管上。
（3）使用示波器观察光电二极管输出信号的波形和幅度。
（4）改变光源强度，观察光电二极管输出信号的变化，分析光电二极管的响应特性。
2. 光敏电阻特性测试（1）搭建实验电路，将光敏电阻与低频放大器相连，并接入电源。
（2）调整光源，使光照射到光敏电阻上。
（3）使用示波器观察光敏电阻输出信号的波形和幅度。
（4）改变光源强度，观察光敏电阻输出信号的变化，分析光敏电阻的响应特性。
3. 光电探测器电路设计（1）根据实验要求，设计光电探测器电路，包括光电探测器、放大器、滤波器等组件。
（2）搭建实验电路，并接入电源。
（3）调整电路参数，使光电探测器电路满足实验要求。
4. 光电探测器电路性能测试（1）使用示波器观察光电探测器电路输出信号的波形和幅度。
（2）调整光源强度，观察光电探测器电路输出信号的变化，分析电路性能。
五、实验结果与分析1. 光电二极管特性测试结果（1）光电二极管输出信号随光源强度增加而增强，符合光电效应原理。
（2）光电二极管输出信号具有较好的线性关系，适合用于光电检测。
2. 光敏电阻特性测试结果（1）光敏电阻输出信号随光源强度增加而减小，符合光敏电阻特性。
第4章光电导探测器
光谱响应率：
光电流
I
p
(
)
qNG
q
() h
G
S() I p () q G () h
增大增益系数G可以提高光谱响应率，实际上常用的光电 导探测器的光谱响应率小于1A／W，原因是：
① 产生高增益系数的光电导探测器电极间距需很小，致使光 电导探测器集光面积太小而不实用。
② 若延长载流子寿命也可提高增益系数，但这样会减慢响应 速度，因此，在光电导探测器中，增益与响应速度是相矛 盾的。
半导体在0K时，导电载流子浓度为0。在0K以上，由于热 激发而不断产生热生载流子(电子和空穴)，它在扩散过程 中又受到复合作用而消失。在热平衡下，单位时间内热生 载流子的产生数目正好等于因复合而消失的数目。因此在 导带和价带中维持着一个热平衡的电子浓度n和空穴浓度p， 它们的平均寿命分别用τn和τp表示。
但当入射光功率在较大范围内变化，即光电导变化范围很 大时，要始终保持匹配状态是困难的。
输出电流与电压讨论： 1）高频工作时要考虑电容影响； 2）光电流Ip与入射光功率的关系： 由于半导体对光
的吸收具有非线性特性。所以光电导探测器的光电流与 入射光功率也将呈现非线性关系。
弱入射辐射时，成简单线性 强入射辐射时，成非线性（抛物线型）
§4-2 光电导探测器的特性与性能参数
一、光电导探测器的光谱特性
1. 本征光电导的光谱分布： 特点： 单峰；两端下降；长波限不明显
相对灵敏度/%
100
ZnS CdS
80
60
40
CdSe
20
0 0.3 0.5
PbSe 90K PbS
Ge
PbTe CaAs 90K
InSb
光电探测器的驱动电路设计与优化
光电探测器的驱动电路设计与优化光电探测器是一种普遍的集成电路，用于检测光信号。
在电子产品和信息处理中使用广泛，例如在高速数据通信、数字摄像机、无线电子书等方面。
这些设备的性能取决于光电探测器的检测能力和驱动电路的质量。
在本篇文章中，我们将专注于光电探测器的驱动电路设计与优化。
我们将探索光电探测器的工作原理，驱动电路的构成方式，以及如何优化电路的性能。
一。
光电探测器的工作原理在光电探测器中，光信号被转换为电信号。
其本质是将光信号-电信号转换的过程。
光电探测器的工作原理是光电效应，即当光子照射到半导体晶体中时，会形成电子-空穴对。
然后，这些电子和空穴开始在半导体中移动，形成电流信号。
光电探测器常用的材料有硅、锗、InGaAs和HgCdTe等。
它们的工作模式基本相同，都是将光子转换为电子，然后检测电子的流。
二。
驱动光电探测器的电路设计光电探测器电路可以分为放大器电路、滤波器电路和功率驱动电路等。
在这里，我们将重点介绍功率驱动电路。
驱动电路用于提供电源和参数控制，确保光电探测器在其设计范围内工作。
驱动电路的质量直接关系到光电探测器的性能。
驱动电路中的电源可以是单电源或双电源。
单电源通常包含一个电容器、一个稳压器和一个电阻器。
这种电路及其简单，但是通常具有较高的噪声水平。
双电源是基于两个供电源的电路，稳定性好、噪声水平低。
常见的设计中包括稳压二极管、三端稳压器、DC-DC转换器等组成的电路，以及多级滤波器、误码率测试电路，以提高电路的稳定性和精度。
在驱动电路的设计过程中，应该优先考虑光电探测器的输入电阻、输出电流、功率消耗等因素。
三。
如何优化光电探测器的驱动电路1. 采用高品质元器件元器件是驱动电路的核心部分，因此如果您想改善探测器的性能，元器件的质量是至关重要的。
因此，建议购买质量可靠的封装元件。
2. 配置合适的滤波器滤波器可以滤除干扰信号，提高整个系统的信噪比。
为了获得更加清晰的信号，应该在电路中设置合适的滤波器，以滤除不需要的信号。
四象限光电探测器电路_概述解释说明
四象限光电探测器电路概述解释说明1. 引言1.1 概述本文介绍了四象限光电探测器电路的概念、原理和应用领域。
四象限光电探测器是一种能够实现光信号的双向检测和定位的器件。
它具有高灵敏度、快速响应和良好的定位准确性等优势，因此在许多科学研究和工程应用中得到广泛应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、四象限光电探测器电路、四象限光电探测器电路的组成部分、实验与结果分析以及结论与展望。
引言部分对本文的内容进行了简要概述，接下来将详细说明四象限光电探测器电路的原理、概念和应用领域。
然后，我们将讨论构建四象限光电探测器电路所需的关键要素以及信号处理与放大电路设计方法。
接着，我们描述了进行实验的设备和试验方法，并展示并分析了实验结果。
最后，文章总结回顾了四象限光电探测器电路，并展望了进一步研究中存在的问题和改进方向，以及该技术的应用前景和发展趋势。
1.3 目的本文的目的是全面介绍四象限光电探测器电路的原理和应用，为读者提供一个清晰的了解这一技术的框架。
通过详细描述四象限光电探测器电路的组成部分和信号处理方法，读者可以了解到如何构建和优化这种电路。
此外，实验结果和分析将进一步验证该技术在不同领域中的应用性能，并为未来研究提供参考。
通过阅读本文，读者将对四象限光电探测器电路有一个全面而深入的理解，并能够探索其更广阔的应用前景。
2. 四象限光电探测器电路2.1 光电探测器原理光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置。
其工作原理基于内部光敏材料与外界光线相互作用，产生电流或电压输出。
常见的光电探测器包括光敏二极管、光敏三极管、光敏场效应晶体管等。
2.2 四象限光电探测器的概念和优势四象限光电探测器是一种能够在两个正交方向上进行双向测量的特殊类型的光电探测器。
传统的单象限光电探测器只能在一个方向上进行单向测量，而四象限光电探测器可以同时获取样品对于输入光源位置和运动速度的信息。
四象限光电探测器具有以下几个优势：1. 双向检测：四象限结构使得该种类型的光电探测器能够检测目标物体在平面上的水平和垂直运动。
光电探测器的放大电路
R so p t ＝
En In
Fmin＝1
En In 2kTB
噪声系数的几点说明
• 噪声系数的概念仅仅适用于线性电路（线性放大器）。对于非线性电 路而言，不仅得不到线性放大，而且信号和噪声、噪声和噪声之间会 相互作用，即使电路本身不产生噪声，在输出端的信噪比和输入端的 也不相同。因此噪声系数的概念就不能适用。
根据电路叠加原理，各噪声源在放大器输
出端的贡献分别为：
• E 的贡献为： ns
En o(Ens) EnsRsZiZi Av
• E 的贡献为： n
En o(En s)
En
Zi Rs Zi
Av
• I 的贡献为： n
En (o In)In(Rs||Zi)AvInRR ssZZ ii Av
Ens的贡献
En的贡献
从输入端 角度出发
（3）推导式二
FE Enn22si
En2sEn2 In2Rs2 En2s
1En2
In2Rs2 En2s
1En2E A/n2K s p
放大器输入噪声功率 F= 1+ 输入端源电阻噪声功率
（4）推导式三
不为Eni，此时输入端噪声 功率仅为源电阻产生的热
噪声功率
FEn 2E sn 2K op En 2s(E En s2 2o o/Es2i)E Ess2 2o iE En 2 n 2o sE Es2 s2oi//E En n 2 2so (S/N)i (S/N)o
• 如果放大器本身有噪声，又无滤波功能(如前放一般不采取带 限措施)，信号通过放大器后，则信号和噪声都同样放大，则 输出噪声功率等于放大后的输入噪声功率和放大器本身的噪声 功率之和。对这样的放大器，信号经放大后，信噪比不可能变 好，输出端的信噪比就比输入端的信噪比低，则F>1。
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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
1
4.3 光电探测器的放大电路
4.3.1 耦合网络的低噪声设计原则
从光电探测器获取信号，除了要有必要的偏置电路外，还必须有耦合网络才能将探测器输出的信号送到后续的低噪声前放进行放大。
这一节我们讲述耦合网络的类型，以及耦合网络的低噪声设计的原则。
耦合网络除了要符合电子学的设计原则之外，从降低噪声提高输出端信噪比的角度来考虑和分析，为了尽量减少耦合网络带来的噪声，必须满足下列条件：
（1）对于耦合网络中的串联阻抗元件
（2）对于耦合网络中的并联阻抗元件
En 、In 为前置放大器的En-In 模型中En 、In 参量。
⎩⎨
⎧<<<<n
n cs n n cs I E X I E R //⎪⎩
⎪⎨
⎧>>>>n n cp n n cp I E X I E R //
（3）为了减小电阻元件的过剩噪声，（过剩噪声是除了热噪声之外的一种由流过电阻的直流电流所引起的1/f噪声）必须尽量减小流过电阻的电流，或降低电阻两端的直流压降。
由于每一个元件都是一个噪声源，对系统的输出噪声都有贡献，因此为了减小输出端的噪声，提高信噪比，应尽量采用简单的耦合方式。
在可能的情况下，应采用直接耦合方式，从而消除耦合网
络所带来的噪声。
在迫不得已要采用耦合网络时，注意遵循上述原则。
6
变化时，其NF 也是随着变化的。
P A p NF
13
•只考虑前放噪声的条件
前放采取低噪声设计方法，且噪声匹配。
满足级联低噪声条件
22
1
1112
v n n i ni A E I Z E >>•反馈电路的低噪声条件
串联负反馈，反馈合成电阻应远小于E n /I n 。
并联负反馈，反馈合成电阻应远大于E n /I n 。
4.3.3 低噪声运算放大器的选用
由于集成电路制造技术的不断提高，低噪声、低温漂的运放也越来越多，因此，在低噪声前放的设计中，可直接选用性能优良的低噪声运算放大器，这可以省去许多的时间。
①利用低噪声运放的NF -R s 曲线选择运放。
对于低噪声运放，生产厂家一般会在其产品手册中提供一定测试条件下的NF -R s 曲线，如下便是两例。
OP-07的NF -R s 曲线LMC662的NF -R s 曲线
从NF -R s 曲线上可以清楚地看到，在所运用的频率范围下，源电阻R s 和NF 的关系，当源电阻为50K Ω，运用频率为1KHz 时，OP-07的NF 约为3dB ，而LMC662却为8dB ，故这两者比较应选用OP07。
19
2
222)
(s n n
ns ni R I E E E ++=∴
对O
P
07来说对LMC662:
92
215
32
()4(2210)(0.11310
5010)
ni s E KTR f −−=Δ+×+×××2
12216
2
16
)
10
65.5(10
84.410
0.8−−−×+×+×=伏伏2
16
10
84.21伏
−×=2
662
207
)
()
(LMC ni OP ni E E <故选用OP07。