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光电检测发电路设计.ppt


文档分类:汽车/机械/制造 | 页数:约50页 举报非法文档有奖
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文档列表 文档介绍
第1页,本讲稿共50页
⑴灵敏的光电转换能力:使给定的输入光信号在允许的非线性失真条件下有最佳的信号传输系数,得到最大的功率、电压或电流输出。
  ⑵快速的动态响应能力:满足信号通道所要求的频率选择性或对瞬变信号的快速响应。
 第18页,本讲稿共50页
3、计算输出电压幅度
当输入光通量由Φmin变化到Φmax时,输出电压幅度为
其中Umax和U0可由图中M和H点的电流值计算得到
第19页,本讲稿共50页
4、计算输出电流幅度
输出电流幅度为:
通常GL>>G,上式可简化为
5、计算输出电功率
第20页,本讲稿共50页
已知硅光电二极管2DU2的灵敏度Si=0.55μA/μW,结间漏置电导G=0.02μS,转折点电压U0=13V,入射光功率从Φmin=15μW变到Φmax=35μW,供电偏电压为Ub=55V。
求:⑴ 取得最大线性输出电压下最佳负载RL。
⑵ 输出电压ΔU。 (3)输出电流ΔI****题6-1
第21页,本讲稿共50页
第22页,本讲稿共50页
第23页,本讲稿共50页
6.2、光伏型光电检测电路的静态计算
光伏型光电器件的伏安特性和等效电路
光伏型光电器件的伏安特性是一组以入射光功率为参量的曲线组,分布在伏安坐标系的第四象限。由于器件的端电压U和电流I的方向相反,对外电路形成电势,所以具有赋能元件的性质,可对负载供电。有这种伏安特性的光电器件包括光电池和工作于光电池状态下的光电二极管等。
第24页,本讲稿共50页
⑴ 光电池的输出电流为:
⑵ 光电池的两端电压为:
第25页,本讲稿共50页
1、光伏型器件输入电路的形式
无偏置电路及其等效电路
第26页,本讲稿共50页
2、无偏置输入电路的静态计算
第27页,本讲稿共50页
㈠负载对输出信号的影响
由于光电池特性的非线性,负载电阻的选择会影响光电池的输出信号。
例如在图中,对应光通量的增量ΔΦ=Φ1-Φ2,在短路状态下(RL=0),输出电流增量ΔI=Isc2-Isc1,输出电压为零。随着RL的增大,电流逐渐变小,输出电压随之增大,直到某一临界电阻RM之后负载上的电压变得饱合。
第28页,本讲稿共50页
根据上述公式,在同一入射光通量下,负载电阻对光电池输出电压、电流、功率的影响曲线表示在图中。
    由图可见,根据选用负载电阻的数值可以把光电池的工作状态分作:短路或线性电流放大、空载电压输出、线性电压放大和功率放大四个区域,分别由图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示。下面讨论前三种工作状态。
可以定量地描述负载电阻对电路工作状态(I、U、P)的影响:
第29页,本讲稿共50页
⑴短路或线性电流放大
这是一种电流变换状态,在这种状态下,后续放大器作为负载从光电池中取得最大的输出电流。为此要求负载电阻或后续放大器输入阻抗尽可能小。由图可看到由于RL很小,输出电流接近于短路电流,它与入射光通量有良好的线性关系,即
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优点:在短路状态下器件噪声电流较低,信噪比改善,所以最适用于弱光信号的检测。
    短路电流随受光面积的大小而改变,同一片光电池的短路电流或低阻负载时的负载电流与受光面积的变化曲线表示在下图中,图中A为受光面积。
第31页,本讲稿共50页
这是一种非线性电压变换状态。此时光电池应通过高输入阻抗变换器与前级放大电路连接,相当于输出开路。开路电压可写成
⑵空载电压输出
所以开路电压(RL=∞时)可写成
第32页,本讲稿共50页
上式表明开路电压与入射光通量的对数成正比。并且由于Ip与光电池面积成正比,所以同一光电池的开路电压与光电池面积的对数成正比,如图所示。
第33页,本讲稿共50页
例题
已知在给定入射光功率(光照度E或光通量Φ)下的开路电压Uoc,求另一个入射光功率(光照度E′或光通量Φ′)下的开路电压Uoc′。

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优点:通常光电池的开路电压为0.45~0.6V,在入射光强从零到某一定值作跳跃变化的光电开关等应用中简单地利用Uoc的电压变化不需加任何偏置电源即可组成控制电路,这是它的优点。此外,由伏安特性可以看到对于较小的入射光通量,开路电压输出变化较大,这对弱光信号的检测特别有利。
缺点:光电池开路电压与入射光功率呈非线性关系;这种使用方式的频率特性不好,受温度影响也较大,这是它的不足之处。
空载电压输出电路的优缺点
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⑶线性电压输出
这种工作状态在串联负载电阻上能得到与输入光通量近似成正比的信号电压。增大负载电阻有助于提高电压,但当负载增大到某一临界值RM(最佳负载电阻)时,输出信号开始非线性畸变。
第36页,本讲稿共50

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