--4-2光电探测器偏置电路

VB Rl Rs (Rl Rs )2
(Vs )Rl
VB Rs
(Rl (
Rl
Rs
) 2VB Rs )3
Rl
Rs
VBRs (Rl Rs 2Rl ) VBRs (Rs Rl )
(Rl Rs )3
(Rl Rs )3
令上式=0 则 Rs 时Rl ，有极大值：
VS max
VB Rs 4Rl
VB
当选定RL>>Rs ，则
Rl
A
VB
Il
VB Rl Rs
VB Rl
Rs
与Rs无关。
即在工作过程中流过探测器的电流是一恒定电流。
Ubb
Rb
Uw C
VDw
Rs Vo
Re
2）恒压偏置 当选RL<< Rs，探测器上的偏置电压与Rs无 关，基本恒定。
VA
VB Rs Rl Rs
VB
• 流过探测器上的偏流不恒定,随Rs变化。
功耗Pm与VB的关系：
Q
Il
VB RS Rl
Pm
Il 2RS
VB 2 RS (RS Rl )2
VBmax
Pm RS
(RS
Rl )
0.1Ad RS
(RS
Rl
)
Ad: 探测器光敏面积,平方厘米， RL，RS为电阻单位， VBmax为V单位
b）VS与RL的关系
Vs
VB Rl dRs (Rl Rs )2
Βιβλιοθήκη Baidu 2.三种偏置情况的比较
由于探测器都应尽可能工作于最佳偏置范围以内，而 对于高暗阻值的光电导探测器，在最佳偏置范围内采取 恒流偏置一般需要较高的偏置电压，如果在高偏置电压 源不易获得的情况下追求“恒流”偏置而采取较小的偏 置电流，则会脱离最佳偏置区域而使S/N下降。在这种 情况下，采用具有较高偏流(使之处于最佳偏置范围)的 非恒流偏置可能会更好。
三、偏置电路的实现
3.匹配偏置的实现 分压电路的恒流偏置，如p275，图4.10
三、偏置电路的实现
4.交流偏置 当利用微弱信号检测技术(例如用钡定放大器)来测量 恒定的或缓变的光辐射信号时，为了取得同步的参考 信号，可以对光电与探测器加交流偏置。
4.2.2 光伏探测器（PV）的偏置
一. 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
二、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
4.2.2 PV探测器的偏置
PV器件的回顾 1）零偏置或正向偏置：工作在伏安特性的第四象 限，多用于输出功率。也可以用于探测。 2）反向偏置：工作在第三象限，多用于探测。
从可以获得的响应度来考虑，则恒流偏置优于匹配偏 置，匹配偏置又优于恒压偏置。 由于恒流偏置通常需要较高的偏置电压源，在实用中 可以采取匹配偏置而获得与恒流偏置相当的响应度。
2.三种偏置情况的比较
如果从放大器输出的信噪比考虑，那么，在以上三种 偏置状态的偏置电流相等的情况下： 当探侧器与放大器系统的噪声以探测器的非热噪声为 主时，输出的S/N与偏置状态无关； 当系统以探测器的热噪声为主时，恒流偏置可以获得 的S/N最大，匹配偏置次之，恒压偏置最小。
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
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。
三、偏置电路的实现
1.恒压偏置的实现 分压电路的恒压偏置，如p276，图4.13 利用晶体管的恒压偏置，如p276，图4.14 利用固定晶体管基极电位，从而使发射极电位 也固定的特性，将探测器接入晶体管的发射极 电路中达到恒压偏置的目的。
三、偏置电路的实现
2.恒流偏置的实现 分压电路的恒流偏置，如p276，图4.11 利用晶体管的恒流偏置，如p276，图4.12 若光电导探测器的暗阻Rd较大，而最佳偏置电流亦 较大，则恒流偏置需要的侗置电压较高。当提供高压 偏置电压源不方便时，可采取利用品体管的有源恒流 偏置电路。通过利用晶体管在线性工作区时集-射极 等效交流电阻很大(可将其视为RL)，近似恒流源的特 性来实现恒流偏置的。它适用于晶体管集－射极等效 交流电阻远大于Rd的情况。
光生电势型
I Φ1 Φ2 Φ3
V
光电池 （不加偏置 ）
4.2.1 光电导探测器的偏置
一、基本偏置电路分析
VB
Rl
A
VB
Rs
RS:光敏电阻；RL：偏置电阻
偏置电流：
Il
VB Rs Rl
设光照射在探测器上，其电阻值
变化为ΔRS，则电流变化即信号 电流iS为：
is
dIl
VB gdRs (Rl Rs )2
输出点A的直流电压：
VA
VB Rs (Rl Rs )
信号电压为：
Vs
dV0
dVA
VB dRs Rl Rs
VB RsdRs (Rl Rs )2
Vs
VB Rl dRs (Rl Rs )2
分析：
a)VS与VB的关系 VB↑→VS↑ 但太大,功耗Pm↑——损坏器件
例：化学沉淀PbS最大功耗Pm为0.2瓦每平方厘米, 使用时要低于比值，取0.1瓦每平方厘米推导最大
这时叫功率匹配, 信号电压最大。
c) 最佳偏置条件的确定
Vs
VB Rl dRs (Rl Rs )2
在偏置电流Il一定条件下,由上式可知： Rl↑→Vs↑。 但实际上当负载电阻RL↑时,为保持固定的Il,应 该VB↑
二、光电导探测器三种特殊偏置方式及其 特点分析
1.三种常用的偏置方式
1）恒流偏置
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 4.2.3热释电器件的偏置电路 4.2.4光电倍增管的偏置电路
探测器的伏安特性分三种类型：
可变电阻型
恒流型
I
Φ1
I
Φ2
Φ1
Φ3
Φ2 Φ3
V
V
PC器件
PV器件，PMT
电阻型热探测器 （加反向偏置）
（加偏置，不分正负）
Ubb
Rb
Uw C
VDw
Rc Vo
Rs
3）恒功率偏置（匹配偏置）
此时，RL=Rs，探测器上的偏置功率：
PRs
(
Rl
VB
Rs
)2
Rs
VB2 4Rs
•与上两种偏置比较，当Rs变化时探测器上的偏置 功率的变化最小。
•实际上, 往往选Rs的平均值，而该偏置功率变化不 大，故命名为恒功率偏置。
2.三种偏置情况的比较