光电位置传感器.
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lm时，今要得到5V的输出电压，试设计该光电三 极管的变换电路，并画出输入输出的波形图，分析 输入与输出信号间的相位关系。
x y
(Ix' Iy ) (Ix Iy'
Ix Ix' Iy Iy' (Ix' Iy') (Ix Iy
) )
Ix Ix' Iy Iy'
3.3 光生伏特器件的偏置电路
3.3.1 反向偏置电路
Ubb Uo
RL
反向偏置电路
光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利 于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和 光电变换的动态范围加宽。
I0= I1+I2
I1 I2 xA
I0
L xA 2L
I0
L xA 2L
I2 I1 L
I2 I1
2. 一维PSD器件
一维PSD器件主要用来测 量光斑在一维方向上的位置或 位置移动量的装置。图3-34（a） 为典型一维PSD器件S1543的结 构示意图，其中1和2为信号电 极，3为公共电极。它的光敏面 为细长的矩形条。
1.反向偏置电路的输出特性
在如图3-40所示的反向偏置电路中，Ubb>>KT/q时， 流过负载电阻RL的电流IL为
qU
I Ip I I p Is (e KT 1) I p Is
二极管两端的电压可以写成
qU
e KT 0
U (I ) U bb IRL
2.输出电流、电压与辐射量间的关系
They can be used for non-contact distance measurement, laser beam alignment and optical tracking of an object. PSDs for tracking electrons or high energy particles are also available.
83KHz
3.反向偏置电路的设计与计算
反向偏置电路常用图解法，根据光电三极管（或光 伏器件）的反向偏置电路图与其输出特性曲线，可以 求解出任何入射辐射作用下的输出电压信号。也可以 根据题目的要求，设计出偏置电路的各种参数。
例 已知某光电三极管的伏安特性曲线如图3-42所
示。当入射光通量为正弦调制量φv,λ=55 +40sinωt
解 首先找出入射辐射的峰值φm
φm=20+5=25μW
2CU2D的最大输出光电流Im
I
Si
Im=Siφm =12.5(μA)
设最大输出电压信号时的偏置电阻为RB，则
R RB RL Ubb 1.2M RB RL Im
RB 3M
最大输出的电压时的最高截止频率fb为
fb
1
1 RC
RL
RL RB RB (C j Ci )
光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光 点位置敏感的光电器件，其输出信号与光点在光敏 面上的位置有关。
特点：
它对光斑的形状无严格要求 ,即输出信号与光的聚焦 无关，只与光的能量中心位置有关；
光敏面无需分割，消除了死区，可连续测量光斑位置， 位置分辨率很高，一维可以达到0.2um；
可同时检测位置和光强。
PSDs have many advantages, compared to discrete element detectors, including high position resolution, fast response speed and simple operating circuits. Position data is independent of the size of light spot on the detector.
3.二维PSD器件
如图3-36（a）所示，在 正方形的PIN硅片的光 敏面上设置2对电极， 分别标注为Y1，Y2和X3， X4，其公共N极常接电 源Ubb。二维PSD器件的 等效电路如图3-36（b） 所示
x y
Ix4
Ix4 I y2
Ix3
Ix3 I y1
I y2 I y1
为了减少测量误差常将二维PSD器件的光敏面进行改 进，改进后的PSD光敏面如图3-37所示图形，四个引出线 分别从四个对角线端引出，光敏面的形状好似正方形产生 了枕形畸变。这种结构的优点是光斑在边缘的测量误差被 大大地减少。
来自百度文库
IL
q
hc
Φe,λ
Is
反向饱和电流很小，可以忽略不计。
IL
q
hc
Φe,λ
反向偏置电路的输出电压与入射辐射量的关系为
UL
Ubb
RL
q
hc
Φe,λ
输出电压信号△U为
U
RL
q
hc
Φe,λ
例 用2CU2D光电二极管探测激光器输出的调制信
号φe,λ=20 +5sinωt（μW）的辐射通量时，若已
知电源电压为15V，2CU2D的光电流灵敏度 Si=0.5μA/μW，结电容Cj=3 pF，引线分布电容 Ci=7 pF，试求负载电阻RL=2MΩ时,该电路的偏置 电阻RB为多少？并计算输出最大电压信号情况下 的最高截止频率为多少？
3.2.7 光电位置传感器（PSD) Position Sensitive Detectors
A Position Sensitive Detector (PSD) consists of a monolithic PIN photodiode with a uniform resistance in one or two dimensions.
1. PSD器件的工作原理
当光束入射到PSD器件 光敏层上距中心点的距 离为xA时，在入射位置 上产生与入射辐射成正 比的信号电荷，此电荷 形成的光电流通过电阻 p型层分别由电极1与2 输出。
设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L， 流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电 极的电流I0为I1和I2之和。
x I2 I1 L I2 I1
图3-35所示，为一维PSD位置检测电路原理图，光
电流I1经反向放大器A1放大后分别送给放大器A3与A4， 而光电流I2经反向放大器A2放大后也分别送给放大器A3 与A4，放大器A3为加法电路，完成光电流I1与I2相加的运 算（放大器A5用来调整运算后信号的相位）；放大器A4 用作减法电路，完成光电流I2与I1相减的运算。
x y
(Ix' Iy ) (Ix Iy'
Ix Ix' Iy Iy' (Ix' Iy') (Ix Iy
) )
Ix Ix' Iy Iy'
3.3 光生伏特器件的偏置电路
3.3.1 反向偏置电路
Ubb Uo
RL
反向偏置电路
光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利 于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和 光电变换的动态范围加宽。
I0= I1+I2
I1 I2 xA
I0
L xA 2L
I0
L xA 2L
I2 I1 L
I2 I1
2. 一维PSD器件
一维PSD器件主要用来测 量光斑在一维方向上的位置或 位置移动量的装置。图3-34（a） 为典型一维PSD器件S1543的结 构示意图，其中1和2为信号电 极，3为公共电极。它的光敏面 为细长的矩形条。
1.反向偏置电路的输出特性
在如图3-40所示的反向偏置电路中，Ubb>>KT/q时， 流过负载电阻RL的电流IL为
qU
I Ip I I p Is (e KT 1) I p Is
二极管两端的电压可以写成
qU
e KT 0
U (I ) U bb IRL
2.输出电流、电压与辐射量间的关系
They can be used for non-contact distance measurement, laser beam alignment and optical tracking of an object. PSDs for tracking electrons or high energy particles are also available.
83KHz
3.反向偏置电路的设计与计算
反向偏置电路常用图解法，根据光电三极管（或光 伏器件）的反向偏置电路图与其输出特性曲线，可以 求解出任何入射辐射作用下的输出电压信号。也可以 根据题目的要求，设计出偏置电路的各种参数。
例 已知某光电三极管的伏安特性曲线如图3-42所
示。当入射光通量为正弦调制量φv,λ=55 +40sinωt
解 首先找出入射辐射的峰值φm
φm=20+5=25μW
2CU2D的最大输出光电流Im
I
Si
Im=Siφm =12.5(μA)
设最大输出电压信号时的偏置电阻为RB，则
R RB RL Ubb 1.2M RB RL Im
RB 3M
最大输出的电压时的最高截止频率fb为
fb
1
1 RC
RL
RL RB RB (C j Ci )
光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光 点位置敏感的光电器件，其输出信号与光点在光敏 面上的位置有关。
特点：
它对光斑的形状无严格要求 ,即输出信号与光的聚焦 无关，只与光的能量中心位置有关；
光敏面无需分割，消除了死区，可连续测量光斑位置， 位置分辨率很高，一维可以达到0.2um；
可同时检测位置和光强。
PSDs have many advantages, compared to discrete element detectors, including high position resolution, fast response speed and simple operating circuits. Position data is independent of the size of light spot on the detector.
3.二维PSD器件
如图3-36（a）所示，在 正方形的PIN硅片的光 敏面上设置2对电极， 分别标注为Y1，Y2和X3， X4，其公共N极常接电 源Ubb。二维PSD器件的 等效电路如图3-36（b） 所示
x y
Ix4
Ix4 I y2
Ix3
Ix3 I y1
I y2 I y1
为了减少测量误差常将二维PSD器件的光敏面进行改 进，改进后的PSD光敏面如图3-37所示图形，四个引出线 分别从四个对角线端引出，光敏面的形状好似正方形产生 了枕形畸变。这种结构的优点是光斑在边缘的测量误差被 大大地减少。
来自百度文库
IL
q
hc
Φe,λ
Is
反向饱和电流很小，可以忽略不计。
IL
q
hc
Φe,λ
反向偏置电路的输出电压与入射辐射量的关系为
UL
Ubb
RL
q
hc
Φe,λ
输出电压信号△U为
U
RL
q
hc
Φe,λ
例 用2CU2D光电二极管探测激光器输出的调制信
号φe,λ=20 +5sinωt（μW）的辐射通量时，若已
知电源电压为15V，2CU2D的光电流灵敏度 Si=0.5μA/μW，结电容Cj=3 pF，引线分布电容 Ci=7 pF，试求负载电阻RL=2MΩ时,该电路的偏置 电阻RB为多少？并计算输出最大电压信号情况下 的最高截止频率为多少？
3.2.7 光电位置传感器（PSD) Position Sensitive Detectors
A Position Sensitive Detector (PSD) consists of a monolithic PIN photodiode with a uniform resistance in one or two dimensions.
1. PSD器件的工作原理
当光束入射到PSD器件 光敏层上距中心点的距 离为xA时，在入射位置 上产生与入射辐射成正 比的信号电荷，此电荷 形成的光电流通过电阻 p型层分别由电极1与2 输出。
设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L， 流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电 极的电流I0为I1和I2之和。
x I2 I1 L I2 I1
图3-35所示，为一维PSD位置检测电路原理图，光
电流I1经反向放大器A1放大后分别送给放大器A3与A4， 而光电流I2经反向放大器A2放大后也分别送给放大器A3 与A4，放大器A3为加法电路，完成光电流I1与I2相加的运 算（放大器A5用来调整运算后信号的相位）；放大器A4 用作减法电路，完成光电流I2与I1相减的运算。