光电转换电路
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 光敏电阻(Photo-resistor)
光电转化器件
• 光电检测器件的选择应该与光信号源在光谱特性上进行匹配； • 使用器件实现光电转换时必须和入射辐射能量集中的位置一致。一
般情况下入射辐射通量的变化中心应该在光电检测器件的线性区域， 这样才能达到较好的线性检测。 • 灵敏度高是对微弱光电信号检测中的检测器件的重要指标，这样才 能输出足够强的电信号； • 不同频率和调制方式的光信号的检测所应该选用的光电检测器件也 是不同的。此时，器件的响应时间短以及上限频率高就是选取的重 要依据； • 与后续电路在电气特性上的一致性也是选择不同光电检测器件的重 要方面，这对于信噪比的提高、动态响应的速度提高非常重要； • 要使光电检测器件能够长期并且稳定的工作，必须根据使用的工作 环境选好器件的规格。并且在使用的过程中应该注意保证器件在低 于最大限额的状态下工作。
放大电路
选用的是美国Tl公司的TLC2262集成芯片，它是一个双运算放大器，高输入 阻抗、低噪声；第二级使用的是TL064芯片来实现对信号的差分方式放大， 它内部集成有4个高速J-FET运算放大器，有很高的转换速率、低偏置电流、 以及低偏置电压温度系数。 放大倍数可达500倍以上
放大电路——多级
放大电路
常规电路
T型网络结构
优点：电阻网络的不同阻值变化直接决定了该放大器的增益，这种电阻比值结构决 定的放大器精度高、稳定性好。同时由于反馈电阻扩展了(1+Rx/R2)倍，可以减少热 噪声的影响，也可以减少对运放输入偏置电流的影响。
不足：当单通道输入的时候，若输入为不稳定的误差信号时，不稳定的误差信号就 会直接影响输出端，从而导致电路稳定性下降。
光电转化器件
PIN光电二极管结构
光电二极管输出特性曲线
光电转化器件
• 光电二极管的灵敏度
显然，当波长为λ的辐射光作用在光电二极管上时，其电流灵敏度是与材 料有关的常数，表明光电二极管的光电转换特性的线性关系。因为电流灵敏 度与入射波长兄的关系是复杂的，因此在定义光电二极管的电流灵敏度时， 通常是将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度。
光电转换及前置放大电路研究
常用光电检测器件 光电转化电路设计 放大电路设计
常用光电检测器件
• 光电池(photo-cell) • 光电二极管(Photoelectric diode) • PIN型光电二极管 • 雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，APD) • 光电三极管 • 光电位置敏感器件 • 光电倍增管(photo-Multiple Tube，PMT)
• 光谱响应曲线 常 见 材 料 光 谱 响 应
1.33um
光电转化器件
• 响应时间
dr RC p
渡越时间 RC网络延迟时间 扩散时间
dr W / vd
RC (Ri RL )C j
p
可选器件
光电转化电路设计
常规电路
改进后的电路
C1减小带宽，C2减小电路中的1/f噪声
光电转化电路设计
与R1并联的C1是一个pF级 的电容，其作用是防止运 放的振荡。OPA129为双电 源工作，正负电源引脚分 别为7脚和5脚，每个引脚 要接入两个0.luF的小容量 电容(C2、C3)进行高频滤 波为防止产生振荡与噪声 干扰，电路中接入了C4和 C21两个旁路电容。为避免 数字信号对微弱模拟部分 的干扰，在数字电源和模 拟电源以及数字地和模拟 地之间用磁珠(B1、B2)隔 离，防止高频信号涌入模 拟部分。
放大电路
前置差分放大电路 差分放大电路对共模信号的抑制能力很 强，用在光电信号检测采集系统中能够 很好的减小器件暗电流和外界环境温度 变化给电路带来的影响和误差。
放大电路——温度补偿
当温度变化时，Ur有变化趋势。设|Ur|因温度变化而增加，则Ue为正，通过运 放A。的反向输入端将Ue调小，驱动电流随之减小，从而|Ur|的增加被制。电路 中的C1和C2是为了消除环境干扰和运放噪声引起的驱动电流波动。
有源滤波电路Байду номын сангаас
采用运算放大OP27
和双RC网络构成性能
优良的二阶有源滤波
电路。根据其工作原
理，本电路可看成是
压控电压源，所以这
种滤波器被称为压控
电压源有源滤波器
(VCVS)。本电路设计
滤除约5Hz以上的信
号
。
光电转化器件
• 光电检测器件的选择应该与光信号源在光谱特性上进行匹配； • 使用器件实现光电转换时必须和入射辐射能量集中的位置一致。一
般情况下入射辐射通量的变化中心应该在光电检测器件的线性区域， 这样才能达到较好的线性检测。 • 灵敏度高是对微弱光电信号检测中的检测器件的重要指标，这样才 能输出足够强的电信号； • 不同频率和调制方式的光信号的检测所应该选用的光电检测器件也 是不同的。此时，器件的响应时间短以及上限频率高就是选取的重 要依据； • 与后续电路在电气特性上的一致性也是选择不同光电检测器件的重 要方面，这对于信噪比的提高、动态响应的速度提高非常重要； • 要使光电检测器件能够长期并且稳定的工作，必须根据使用的工作 环境选好器件的规格。并且在使用的过程中应该注意保证器件在低 于最大限额的状态下工作。
放大电路
选用的是美国Tl公司的TLC2262集成芯片，它是一个双运算放大器，高输入 阻抗、低噪声；第二级使用的是TL064芯片来实现对信号的差分方式放大， 它内部集成有4个高速J-FET运算放大器，有很高的转换速率、低偏置电流、 以及低偏置电压温度系数。 放大倍数可达500倍以上
放大电路——多级
放大电路
常规电路
T型网络结构
优点：电阻网络的不同阻值变化直接决定了该放大器的增益，这种电阻比值结构决 定的放大器精度高、稳定性好。同时由于反馈电阻扩展了(1+Rx/R2)倍，可以减少热 噪声的影响，也可以减少对运放输入偏置电流的影响。
不足：当单通道输入的时候，若输入为不稳定的误差信号时，不稳定的误差信号就 会直接影响输出端，从而导致电路稳定性下降。
光电转化器件
PIN光电二极管结构
光电二极管输出特性曲线
光电转化器件
• 光电二极管的灵敏度
显然，当波长为λ的辐射光作用在光电二极管上时，其电流灵敏度是与材 料有关的常数，表明光电二极管的光电转换特性的线性关系。因为电流灵敏 度与入射波长兄的关系是复杂的，因此在定义光电二极管的电流灵敏度时， 通常是将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度。
光电转换及前置放大电路研究
常用光电检测器件 光电转化电路设计 放大电路设计
常用光电检测器件
• 光电池(photo-cell) • 光电二极管(Photoelectric diode) • PIN型光电二极管 • 雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，APD) • 光电三极管 • 光电位置敏感器件 • 光电倍增管(photo-Multiple Tube，PMT)
• 光谱响应曲线 常 见 材 料 光 谱 响 应
1.33um
光电转化器件
• 响应时间
dr RC p
渡越时间 RC网络延迟时间 扩散时间
dr W / vd
RC (Ri RL )C j
p
可选器件
光电转化电路设计
常规电路
改进后的电路
C1减小带宽，C2减小电路中的1/f噪声
光电转化电路设计
与R1并联的C1是一个pF级 的电容，其作用是防止运 放的振荡。OPA129为双电 源工作，正负电源引脚分 别为7脚和5脚，每个引脚 要接入两个0.luF的小容量 电容(C2、C3)进行高频滤 波为防止产生振荡与噪声 干扰，电路中接入了C4和 C21两个旁路电容。为避免 数字信号对微弱模拟部分 的干扰，在数字电源和模 拟电源以及数字地和模拟 地之间用磁珠(B1、B2)隔 离，防止高频信号涌入模 拟部分。
放大电路
前置差分放大电路 差分放大电路对共模信号的抑制能力很 强，用在光电信号检测采集系统中能够 很好的减小器件暗电流和外界环境温度 变化给电路带来的影响和误差。
放大电路——温度补偿
当温度变化时，Ur有变化趋势。设|Ur|因温度变化而增加，则Ue为正，通过运 放A。的反向输入端将Ue调小，驱动电流随之减小，从而|Ur|的增加被制。电路 中的C1和C2是为了消除环境干扰和运放噪声引起的驱动电流波动。
有源滤波电路Байду номын сангаас
采用运算放大OP27
和双RC网络构成性能
优良的二阶有源滤波
电路。根据其工作原
理，本电路可看成是
压控电压源，所以这
种滤波器被称为压控
电压源有源滤波器
(VCVS)。本电路设计
滤除约5Hz以上的信
号
。