光电检测电路的设计(精品课件)

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_光电检测电路的设计共84页PPT

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_光电检测电路的设计
1、 舟 遥 遥 以 轻飏, 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色,裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去,有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉,不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ,生都过得舒适、愉快,这是不可能的,因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭

27、只有把抱怨环境的心情,化为上进的力量,才是成功的保证。——罗曼·罗兰

28、知之者不如好之者,好之者不如乐之者。——孔子

29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇

30、意志是一个强壮的盲人,倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华

光电检测电路的设计92页PPT

光电检测电路的设计92页PPT
光电检测电路的设计
56、极端的法规,就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要,人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益, 而是为 了公共 的利益 ;一部 分靠有 害的强 制,一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ,那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— 财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非

《光电测试技术》课件 第5章 光电检测电路

《光电测试技术》课件 第5章 光电检测电路

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入射到光敏电阻的辐射为正弦形式
流过光敏电阻的光电流
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2)电桥式输入电路 )
Uo =
U b ( R01 + ∆R ) U b RT 2 U b R2 ∆R − = R01 + R1 + ∆R RT 2 + R2 ( R01 + R1 + ∆R )( RT 2 + R2 )
UbR Uo = ∆R 2 ( R0 + R )
ห้องสมุดไป่ตู้ 5. 光敏晶体管输入电路
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① 桥式补偿
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② 热敏电阻补偿
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③ 有基极引出的光敏晶体管的补偿
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四、光电检测电路应用举例
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第5章 光电检测电路 章
一、光电检测电路的设计要求
1.光电转换能力强 --- 光电检测电路的最基本要求 光电转换能力强 2. 动态响应速度快 --- 响应时间、响应频率 响应时间、 3. 信号检测能力强 4. 稳定性好、可靠性高 稳定性好、
1
二、典型光电输入电路 1. 光敏电阻输入电路
1)简单输入电路 )
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3. 光电池输入电路
U L = I L RL
I L = I p − I 0 (eU L / UT − 1)
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4. 光敏二极管输入电路
1)基本电路 )
忽略C和 忽略 和Rg,总的负载电阻 输出电压信号为
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伏安特性
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2)计算方法 ) ① 图解计算法
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② 解析计算法 折线化伏安特性
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取R1=R2=R和R01=R02=R0
2. 光电倍增管输入电路

光电信号检测电路设计(课堂PPT)

光电信号检测电路设计(课堂PPT)

GL(RL) 已知,可得偏置电源电压Ub:
Ub
Smax(GL G0) GL(G0 G)
.
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(U bU 0)G LG 0U 0 H点:G L ( U b U m a x ) G U m a x S m in M点:G L (U b U 0 ) G U 0 S m a x
.
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(3)计算输出电压幅度
.
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(4)计算输出电流幅度
IIm axIm inG L U
IGLUS1G/GL(负载减小,输出电流幅值增大)
通常GL>>G
I S
.
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(5)计算输出电功率 由功率关系P=U I,得
PGLU2GL(G S GL)2
.
17
光伏型器件光电信号输入电路
伏安特性:一组以入射光功率为参量的曲 线簇,分布在伏安坐标系的第四象限。
.
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②根据图解法确定静态工作点Q
.
22
3、根据负载电阻分析光电池工作状态:
负载较小情况下,光通量较低时,光通量与负载上电流、电压近似线性。
.
23
(1)短路或线性电流放大
区域Ⅰ
后续电流放大级作为负载,从光电池中吸取最 大的输出电流,要求负载电阻或者后续放大电 路的输入阻抗尽可能小(输出电流近似短路电 流,大且线性好,噪声电流低,信噪比高,实 用弱信号检测)。
.
7
(a),减小负载(斜率增大),使输出信号电流增大而电压减小。负载的减 小受到最大工作电流和功耗的限制;过大的负载,使负载线越过转折点M进 入非线性区,使信号失真。
(b),增大偏置电压使输出信号电压幅度增大,改善线性度,但功耗随之
增大,且可能使光电二极管反向击穿。 .

光电检测电路设计10页

光电检测电路设计10页

光电检测电路设计10页由于光电检测技术的广泛应用,光电检测电路设计成为了电子工程领域中的一个重要研究方向。

本文针对光电检测电路的设计进行阐述,主要包括以下10页内容。

第一页:引言在现代工业制造以及日常生活中,光电检测技术得到了广泛应用。

光电检测技术的核心是利用光电效应,将光信号转换为电信号,从而实现对光信号的检测。

光电检测电路是将光学传感器和电子元器件相结合,实现对光信号的放大、处理和显示。

本文将阐述光电检测电路的设计,以便于读者了解光电检测电路的基本原理和设计方法。

第二页:光电检测电路的基本原理光电检测电路的基本原理是光电效应。

光电效应是指某些物质在光照射下,可将光能转化为电能或释放出吸收光的能力,被称为光电效应。

在光电检测电路中,常用的光电效应主要包括光电二极管效应、光电三极管效应、光电场效应、光电伏打效应等。

第三页:光电二极管电路设计光电二极管是一种常用的光电探测器件,其工作原理基于PN结的光电二极管效应。

光电二极管的输出电流与入射光强度成正比,因此可以用来检测光强度。

光电二极管电路包括光电二极管和预处理电路,预处理电路对光电二极管输出进行放大和滤波处理。

光电场效应器件是一种灵敏度高、带宽宽的光电探测器件,其工作原理基于光电场效应。

光电场效应器件的输出信号是电流信号,因此需要将其转换为电压信号才能进行放大和处理。

光电场效应电路包括光电场效应器件和前置放大电路,前置放大电路对输出信号进行放大和滤波处理。

第七页:光电探测器的特性和选择不同类型的光电探测器件具有不同的特性,如灵敏度、响应速度、波长范围、噪声等。

因此,在选择光电探测器件时需要根据实际需求进行权衡。

例如,在低光强度条件下需要选择灵敏度高的光电探测器件,在高频率条件下需要选择带宽宽的光电探测器件。

第八页:预处理电路的设计预处理电路主要包括放大电路、滤波电路、比较电路等。

放大电路可以放大光电探测器的输出信号;滤波电路可以滤去噪声信号以及其它干扰信号;比较电路可以将光电探测器的输出信号与某一比较电压进行比较,从而得到具有阈值功能的信号。

光电检测电路的设计PPT012

光电检测电路的设计PPT012

1)确定线性工作区域
由对应最大输入光通最Φmax的伏安
曲线弯曲处即可确定转折点M。相应的转
折电压 U 0或初始电导值 G0可由图a中图示 关系决定。在线段MN上有关系
G 0 U 0 GU 0 S max
由此可解得
U 0 S max /(G0 G)

G 0 G S max /U 0
用解析法计算输入电路 a) 确定线性区 b) 计算输出信号
式中的光功率P可以是光通量Φ,单位lm,也可以是光照度E 单位lx 。光通量和照度之间的关系为
Φ=AE
式中,A——光敏面受光面积。
利用折线化的伏安特性,可将线性区内任意Q点处的电流值I表示为 两个电流分量的组合:即与二极管端电压U成正比,由结间漏电导G形成 的无光照电流(暗电流)Id和与端电压无关仅取决于输入光功率的光电 流Ip。因此,在线性区内的伏安特性可以解析地表示为
①使探测器有足够高的探测率 D*,以确保获得一定裕度
的信噪比。
②探测器有合适的灵敏度S,以保证对应于入射辐射通量 的微小变化,有足够幅度的电信号输出。
③使入射通量的变化中心处于探测器光电特性的线性范围 内,以确保获得良好的线性检测。
典型光电检测器件的探测率比较曲线
3)使检测器件和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹 配,以保证得到良好的时间响应和没有频率失真的输出波形。
几种典型光电检测器件特性参数的定性比较
2、恒流源型光电器件输入电路的静态计算
光电检测电路的设计任务是根据入射光信号的性质和大小 来选择输入电路形式,并估算电路工作状态和器件参数,在保 证信号不失真的情况下获得最大的光电转换能力,同时要使之 和后级放大电路相匹配以利于信号的进一步传输。
缓慢变化的光信号通常采用直流检测电路。直流电路的计 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,并且以光电二极管为 线索介绍它们在各种工作状态下的电路计算方法。

光电检测技术ppt课件

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25
本课程的学习内容
光电检测器件的物理基础 光电检测器件的工作原理和特性及
其应用 光电直接和外差检测系统 光纤传感检测技术 光电信号的数据采集与微机接口
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26
第二章 光电检测技术基础
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27
光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
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12
光电探测器的种类
类型 PN结
非PN结 电子管类
其他类
实例
PN光电二极管(Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管(Si) 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si)
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管,摄像管,光电倍增管
色敏传感器
固体图象传感器(SI,CCD/MOS/CPD型)
位置检测用元件(PSD)
光电池
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光电检测系统
光电检测技术以现代光电器件为基础,通过对载有 被检测物体信号的光辐射(发射、反射、散射、衍 射、折射、透射等)进行检测,通过光电检测器件 接收光辐射并转换为电信号。
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息, 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理, 最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理 量。
在纯净的半导体中掺入一定的杂质,可以显著地控制半 导体的导电性质。
掺入的杂质可以分为施主杂质(磷)和受主杂质(棚)。 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子,同
时向导带提供电子,使半导体成为多数载流子为电子的 n型半导体。 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子,同 时向价带提供空穴,使半导体成为多数载流子为空穴的 p型半导体。
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布。 因此,只有这些衰减环节的光谱分布尽可能地相互覆盖才
可能最充分地利用入射通量。
下页中列出了典型光源和探测器光谱的对应曲线
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典型光源和探测器光谱的对应曲线 a) 相对光谱辐射亮度曲线
1-太阳光 2-日光灯 3-GaP型LED 4-GaAsP型LED 5-双波段LED 6-钨丝灯(2854K) 7-GaAs型LED
2)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。
3)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。
4)长期工作的稳定性和可靠性。 根据这些要求,检测电路的设计通常包括的步骤为:电路 静态计算、电路动态计算和噪声估算。
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一、光电检测电路的静态设计
器件的作用是将载有被测信息的光辐射能量变换为电能,并在 实现这种变换的过程中完成信息的传递。
检测器件是沟通光学和电子系统的接口环节,它既是光路 元件又是电路元件,有着光学和电子学的双重属性。作为光路 元件,它是光信号接收器,是前级光学系统的输出端口;作为 电路元件,它是信号发生器,是后续电子系统的输入端口。正 是由于利用了光电检测器件的双重属性,才建立了光路和电路 的联系,使彼此间得以连通。因此,光电检测器件类型的选择 和工作状态的确定对光电系统的工作品质至关重要,是系统设 计的一个重要问题。
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光电检测器件的选择要点: 1)检测器件和辐射源及光学系统在光谱特性上匹配
光电系统中光载波信号的能量来源是辐射源或光源。它 们可分作两类,即自然光源和人造光源。辐射能量由光源经 测试目标、传输介质、接收光学系统被光电检测器接收。为 了提高有用光信号的能量利用,要求检测器的光谱灵敏度分 布和辐射源的光谱辐射度分布以及各传输环节的光谱透过率 分布相覆盖。实际上,在含有许多光谱分量的复合光通量 Φ(λ)作用下、探测器的复合输出I(λ)是由单色辐射通量 作用下的输出值在整个光谱分布范围内的积分值确定的,即
检测电路的静态设计包括光电器件的选择和输入电路的 静态计算。 本节内容包括:
光电检测器件的选择要点; 恒流源型光电器件输入电路的静态计算; 光伏型光电器件输入电路的静态计算; 可变电阻型光电器件输入电路的静态计算; 检测器件和放大电路的连接。
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1、光电检测器件的选择要点 在以信息检测和信号传送为目的的光电系统中,光电检测
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为了提高传输效率,无畸变地变换光电信号,光电检测器 件不仅要和被测辐射源及光学系统,而且要和后续的电子系统 在特性和工作参数上相匹配,使每个相互连接的器件都处于最 佳的工作状态。光电检测器件和光路的匹配是在对辐射源和光 路进行光谱分析和能量计算的基础上,通过合理选择光路和器 件的光学参数来实现的,这要涉及到工程光学的内容。而光电 检测器件和电路的匹配则应根据选定的光电检测器件的参数, 通过正确选择和设计电路来完成。
①使探测器有足够高的探测率 D*,以确保获得一定裕度
的信噪比。 ②探测器有合适的灵敏度S,以保证对应于入射辐射通量
的微小变化,有足够幅度的电信号输出。 ③使入射通量的变化中心处于探测器光电特性的线性范围
内测器件的探测率比较曲线
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3)使检测器件和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹 配,以保证得到良好的时间响应和没有频率失真的输出波形。
为作到这一点,首先要选择有良好的时间特性或频率特 性的光电器件,此外也取决于电路动态参数的选择。 4)使检测器件和输入电路在电特性上匹配以得到良好的电 信号输出。
这包括:足够的转换系数和线性范围、快速的动态响应、 良好的信噪比。 5)使检测器件具有长期工作的可靠性和对工作环境的适应 能力。
I () SI ()()d
0
SI () ——探测器对波长λ的电流灵敏度
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在辐射源和探测器之间存在选择性衰减环节(如介质传输、 光学系统和滤光器)时探测器的有效输出为
I () SI () a () O () f ()O ()d
0
式中,Φo(λ)是由辐射源发出的复合光通量, a ()、 O () f () 分别是传输介质、光学系统和滤光器的透过率光谱分
第七章 光电检测电路的设计
对于大多数的光电装置,光电器件需要通过检测电路才能 实现光电信号的变换作用。通常,光电检测电路是由光电检 测器件、输入电路和前置放大器组成。
光电检测器件 输入电路
输入电路是连接光电器件和电信 号放大器的中间环节,它的基本作用 是为光电器件提供正常的电路工作条 件,进行电参量的变换(例如将电流 和电阻转换为电压),同时完成和前 置放大器的电路匹配。
前置放大器
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输入电路的设计应根据电信号的性质、大小,光学的和器 件的噪声电平等初始条件以及输出电平和通频带等技术要求来 确定电路的连接形式和工作参数,保证光电器件和后级电路最 佳的工作状态,并最终使整个检测电路满足下列技术要求:
1)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。
b) 相对探测灵敏度曲线 1-检测型Si光电二极管
2-照相用Si光电二极管 3-平面型Si光电池 4-光电三极管
5-台面型光电二极管 6-视见函数
7-CdS光敏电阻
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2)探测器的光电转换特性和入射辐射能量的大小相匹配 根据光电系统辐射源的发光强度、传输介质和目标的传输
及调制损耗、接收光学系统接收孔径的限制及反射吸收等损失 的影响,可以计算出入射到探测器光敏面上的实际辐射能量, 通常它们是很微弱的,探测器的选择应充分利用这些有用的信 号能量,为此要考虑:
为使器件工作可靠,需要使器件在额定条件下使用。这 些条件包括额定功耗、工作电压以及工作环境温度等。器件 的装置空间、受光面积、电源设备、价格等在某些情况下甚 至是选择器件的主要考虑因素,需要根据待设计系统的要求 和条件优先选定。
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几种典型光电检测器件特性参数的定性比较
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