4-2光电探测器偏置电路

4.2光电探测器的偏置电路 偏置：在探测器上加一定的偏流和偏压使

探测器能在电状态正常工作，输出光电信号。

目的：取出光电信号。

偏置电路的设计依据：器件的伏安特性 同晶体管加电源和偏置电路选取适当工作点的情况类似。

主要内容

4.2.1光电导探测器（PC）的偏置电路4.2.2光伏探测器（PV）的偏置电路

c) 最佳偏置条件的确定

4.2.2 光伏探测器的偏置

一、PV器件静态工作点的确定

二、光伏探测器的等效电路

三、PV器件静态工作状态的设计

•反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算

•光生电势型探测电路的静态计算

四、PV器件动态工作状态设计

•光电二极管交流探测电路

•光电池交流检测电路

光电流

结电流

漏电流 流过探测器的电流ph d I e A N η=10[exp(/)1]

d D I I eV kT =−2d sh D

I G V =0[exp(/)1]D d D sh D

I e A N I eV kT G V η=−+−+

三.PV器件静态工作状态的设计

随时间缓慢变化的光信号其频谱分布处于低频段，通常延伸到零频。相应的探测电路多采用直流探测型或调制探测型。

对于直流探测型的输入电路，主要的设计工作是电路静态工作点的计算。

TN 线的确定：当I ＝0时，V=V b （N 点）；V=0（T 点）b

b

R V I =•连接NT ，称为负载线，因为它与电压轴的夹角决定了负载电阻R L 。

由于串联回路中流过多元件的电流相等，负载线和它的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Φ0作±ΔΦ改变时，在负载电阻上会产

生±ΔV电压输出和±ΔI

Q 的电流信号输出。

利用图解法可定性的求出电路参数R b 和V b 对输出信号的影响。

•由图可知:随R b 增大，信号电压变大，超过M 点产生畸变。

M

例：用2DU 测缓变辐射通量。已知2DU 的电流灵敏度，在测光范围中最大辐射通量100μW,伏安特性曲线的拐点电压V M =10V ，若电源电压V b =15V 。要求负载线建立在线性区内。求：

（1）保证输出电压最大时的R bmax =?

（2）辐射通量变化10μW 时，输出电压的

变化量。

W A μμ=ℜ/4.0

线性区工作分两种情况：

1）电流放大：要求R L 与后级放大器的输入阻抗尽量小，使负载线靠近电流轴以得到最大的电流输出。输出电流变为I SC 和Φ有良好的线性关系

φ

Δ⋅ℜ=Δ≈Δp I I 2）电压放大：在保持良好线性情况下，有最大的电压输出，负载线可接近临界负载线，则输出电压为:

Ls

R V ⋅Δ⋅ℜ=Δφ

非线性区:当R L> R LS时，输入电路处于非线性区。这时，除在光电流较小范围内有一很窄的线性区外，V与Φ的对数成正比。对于较小的Φ，开始的信号电压输出幅度较大。这一点对于探测弱信号特别有利。

四、PV器件动态工作状态设计

交变光信号是指快速变化或各类型调制光信号。

在分析和设计交变光信号探测电路时应考虑到下述几个问题：

1.确定探测电路动态工作点。

2.确定光信号频率不失真的动态响应。

3.满足信号频率要求下的信噪比。

输入电路动态工作点的计算

交变电路中首先建立直流工作点以获得最大的输出。 另一方面输入电路与后续电路通常由阻容连接等多种方式实现耦合。

后续电路的等效输入阻抗将和输入的直流负载电阻相并联组成交流负载。

在设计和分析输入电路时，这是不同于前述静态工作点计算的主要区别之一。