光电检测技术与应用-6光电检测电路教材

2、缓变光信号检测电路
当Ub已知时，可计算出负载电导GL或电阻RL为：
GL U0
G0
U
U0 b U
0
SΦmax
G0 G
GL
Ub (1
SΦm a x G ) G0
SΦm a x G0
RL
1 G
Ub (1 G G0 )
S m ax
1 G0
2、缓变光信号检测电路
当RL＝1／GL已知时，可计算偏置电源 电压Ub为：
光电检测技术及应用
第6章 光电信号检测电路
主讲：张广远
本课内容
缓变光信光电检测电路的设计要求 号检测电路 光电信号检测电路的动态计算 光电信号检测电路的噪声 前置放大器
1、光电检测电路的设计要求
对检测电路的要求： 1．良好的光电转换能力 2．快速的动态响应能力 3．最佳的信号检测能力 4．长期工作的稳定性和可靠性。
S IP P
2、缓变光信号检测电路
ii、确定工作点 电流：光电流和暗电流之和。
I f U , Id I p GU S
微变等效方程为：
dI I dU I d GdU Sd
U
2、缓变光信号检测电路
输入电路的工作状态的计算 包括：负载电阻、偏置电压、输出电流幅度、
输出电流幅度。 （1）确定线性工作区域 折线化特性曲线由U0、G0、G和S四个参数决
于相等。
2、缓变光信号检测电路
具有这种伏安特性的光电检测器件有光电管、光电倍 增管、光电二极管和光电三极管等 。
(a)光电倍增管 b）光电二极管 c）光电三极管
这些特性曲线和晶体管集电极特性曲线类似，区别是 光电器件的光电流是由输入光功率控制，而三极管是由基 极电流控制
2、缓变光信号检测电路
1）图解计算法
Ub U0 GL G0U0
Ub U0
U0 (G0 G)
GL SΦmax
G0 G
Ub
SΦmax(G0 G) GL (G0 G)
2、缓变光信号检测电路
（3）计算输出电压幅度 输入光通量由Φmin变
化到Φmax时，输出电压幅 度为△U＝Umax-U0
GL (Ub U nax ) GU max S min H点
I0)
2、缓变光信号检测电路
1）光伏型器件输入电路的形式 无偏置电路；反向偏置电路；太阳能电池
充电电路。
无偏置电路 偏置电路
太阳能电池电路
谢 谢！
（4）计算输出电流幅度 输出电流幅度为：
I I max Imin GLU
I GLU
通常GL>>G
S max min
1 GGL
I S ( max min ) S
2、缓变光信号检测电路
（5）计算输出电功率 由功率关系可得 :PGL U 2S
GL (G GL
)2
2、缓变光信号检测电路 2.2、光伏型光电检测电路的静态计算
方法二：最大输入光信号对应的伏安特性曲 线转折点为M。连接原点O和M；过M作直 流部分的拟合直线。
2、缓变光信号检测电路
转折电压U0：对应于曲线转折点M处的电压值。 初始电导G0：非线性区近似直线的初始斜率。 结间漏电导G：线性区内各平行直线的平均斜率。 光电灵敏度S：单位输入光功率所引起的光电流值。
定。
2、缓变光信号检测电路
在线段 MN上有关系： G0U0 GU 0 S max
解得
U0
S max
G0 G
G0
G
S max
U0
2、缓变光信号检测电路
（2）计算负载电阻和偏置电压 为保证最大线性输出条件，负载线和Φmax
与对应的伏安曲线的交点不能低于转折点M。 假设负载线通过M点，因此有：
Ub U0 GL G0U0
GL (Ub U0 ) GU 0 S max M点
2、缓变光信号检测电路
解得 ：
U max
GLU b G
S min
GL
U0
GLU b G
S max
GL
则，输出电压幅度为 ：
U S (Φmax Φmin ) S Φ
G GL
G GL
P76 公式4-9有误
2、缓变光信号检测电路
2、缓变光信号检测电路
检测对象:缓变光信号 方法:采用直流电路进行检测 要点:静态工作点计算 光电传感器件按伏安特性的性质分为:恒流源
型、光伏型和可变电阻型三种基本类型 。
2、缓变光信号检测电路
2.1 恒流源型光电检测电路的静态计算 曲线特征： i、工作电压较小的范围内呈弯曲的趋势，并且有一转折点M； ii、随着工作电压的升高，曲线逐渐平直； iii、不同输入光通量的曲线间近似平行且间距随光通量增大趋
基本电路
图解法
U I U b IRL
适用于大信号状态下的电路分析
2、缓变光信号检测电路
负载电阻影响
电源电压影响
电阻减小，电流增大，RL端电压减小。 偏置电压增大，输出电压增大。
2、缓变光信号检测电路
2）解析计算法 i、折线化伏安特性
方法一：作两段曲线的切线，交于M点，并连接 原点O和M。
2、缓变光信号检测电路
伏安特性
等效电路
具有这种伏安特性的光电器件包括光电池和工作 与光电池状态下的光电二极管等
2、缓变光信号检测电路
光电池的输出电流:
I I0 (eU UT 1) I p
UT＝KT／q≈26mV（T＝300K时），Ip＝SE 翻转到第一象限
I I p I0 (eU UT 1)
U
UT
ln
I
(I p I0