最新光电探测器偏置电路课件PPT教学讲义ppt

VS max
VBRs 4Rl
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
Rd
RL
En
Vs ~
In
ri 无噪声
Ens
EnL
❖ 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
Rd
RL
En
Vs ~
In
ri 无噪声
Ens
EnL
从放大器输出的信噪比考虑，在以上三种偏置状态的偏置电流 相等的情况下：
2.交流等效电路
❖ 光子流速率微变引起的电流变化：
e
I D e A d N k T I 0 e x p ( e V D /k T ) V D G s h V D iD ip h (g d G sh )v D
其中：交变光电流 ipheAdN
动态电导 gdkeTI0exp(eVD/kT)
1）恒流偏置
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
VBRs Rl Rs
VB
• 流过探测器上的偏流不恒定,随Rs变化。
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
❖ 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。
VD +
ID
A C
- RL
ri
VB
PV器件零偏置时1/f噪声最小，可以获得较高的S/N。
❖ 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。
（一）反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算 1.图解计算法 基本电路
PD
Rb
V
Vb
TN线的确定：当I＝0时，V=Vb（N点）；
V=0（T点）
I Vb
Rb
•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RL 。
❖ 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。
一.PV器件静态工作点的确定
VD +
ID
A C
- RL
ri
VB
❖ 直流负载线方程：
V D V BID R L
❖ 交流 负载线方程：
ID 1 VD RL
RL R//ri
二、光伏探测器的等效电路
1.直流等效电路
❖ 工作在直流状态时流过探测器的电流ID：
光生电流Iph；暗电流Id（包括结电流Id1和结表面漏电 流Id2）
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
(RlVBRs )2Rs
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
❖ 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。
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
ID
ID
ID1 ID2 Iph
ID1 ID2
Iph
Gsh VD
❖ 光电流 Iph eAdN
❖ 结电流 ❖ 漏电流
I d 1 I 0 [ e x p ( e V D /k T ) 1 ] Id2GshVD
❖ 流过探测器的电流
I D e A d N I 0 [ e x p ( e V D / k T ) 1 ] G s h V D
例：用2DU测缓变辐射通量。已知2DU的 电流灵敏度 0.4A/W ，在测光范围中最 大 辐 射 通 量 100μW, 伏 安 特 性 曲 线 的 拐 点电压VM=10V，若电源电压Vb=15V。 要求负载线建立在线性区内。求：
iD
iph
gd Gsh vD
❖ 连接前放的交流等效电路
iph
gd Gsh GL
gi
v p h ip h /( g d G s h G L g i)
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。
光电探测器偏置电路课 件PPT
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
❖ 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）
光生电势型
I Φ1 Φ2 Φ3
❖ 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±ΔIQ的电流信号输出。
❖ 利用图解法可定性的求出电路参数RL和Vb对输 出信号的影响。
M
• 由图可知:随Rb增大，信号电压变大，超过M点 产生畸变 。
I
功耗限制
0 0
0
V
Vb3 Vb2 Vb1
❖ 同时，随Vb↑线性改善。但功耗加大，过大的Vb会引起ຫໍສະໝຸດ BaiduD 反向击穿。在利用图解法确定输入电路的RL和Vb时，应 根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求，使负 载线稍高于转折M，并保证Vb不大于最高工作电压Vmax。
V
光电池 （不加偏置 ）
b）VS与RL的关系
Vs (V RB lR ld RR s)s2
VBRlRs (Rl Rs)2
(Vs)Rl VBRs(R(l RlRsR)s)23VBRlRs VBRs((RRllRRss)32Rl) VB(RRls(RRss)3Rl)
令上式=0 则 Rs 时Rl ，有极大值：