光电探测器偏置电路.ppt

光电探测器偏置电路课件
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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，主要的设计工作是电路静态工作点的计算。

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（一）反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算

基本电路
PD
b
V
b
R
V
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TN线的确定：当I＝0时，V=Vb（N点）； V=0（T点）
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 。
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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±ΔIQ的电流信号输出。
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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。
由图可知:随Rb增大，信号电压变大，超过M点产生畸变 。
M
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同时，随Vb↑线性改善。但功耗加大，过大的Vb会引起PD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。
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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VM=10V，若电源电压Vb=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Rbmax=?
（2）辐射通量变化10μW时，输出电压的
变化量。
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解：依题画出如下简图
(1)为保证2DU工作于线性区且Rb最大，过拐点作负载线，则:
(2)输出电压 :
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折线化伏安特性可用下列参数确定：
：对应曲线转折点处的电压值。
：相当于非线性部分直线的初始斜率。
：是线性工作区间内个平行直线的平均斜率。
S

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在输入光通量的变化范围Φmin—Φmax为已知条件下，用解析法计算输入电路的工作状态可按下列步骤进行。
1）确定线性工作区域
由转折点M确定线性工作区域，相应的转折电压或初始电导值G0中的几何关系决定。
在MV0上有
即
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2）计算偏置电阻Rb、偏压Vb。
为保证最大线性输出条件，负载线和由Φmax对应的伏安曲线的交点不能低于M点。
G0V0=Gb(Vb-V0)
设负载线拐点M点，由图可得
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当Vb已知时，则 ：
当Rb已知时，有
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3）计算输出电压幅度
由图可知：在ΔΦ时，
其中Vmax和V0可由图中M和H点的电流值计算得到。
由H点：
由M点：
上式表明输出电压幅度与ΔΦ 、S成正比，与结间漏电导G和G0成反比。
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4）计算输出电流幅度
由图可知：
通常Gb >>G，上式简化为ΔI=SΔΦ
5）计算输出功率
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（二）光生电势型探测电路的静态计算
Id ：与温度有关的二极管结电流
光电流
开路电压
电流－电压特性方程
短路电流
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当
有
则：
得：
室温时 T=300K ，则 ：
利用上式，可在已知Φ、Voc时，计算另一 Φˊ下的 Vocˊ
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：
由伏安曲线，对于给定的Φ0，只要选定RL，工作点就能由负载线与光电池相应伏安曲线的交点决定。该点的IQ和VQ即为RL上的输出值。
由图知：对应相同的ΔΦ=Φ1―Φ2，
当RL< RLS（临界电阻）时，IQ、VQ与ΔΦ呈线性；
当RL> RLS时，呈非线性，在检测电路中往往希望线性。
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计算临界电阻RLS
由给定的Φmax，利用
算出VOC。
取
交于S点，得到临界