光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用-6光電檢測(cè)電路

1、第第6 6章章 光電信號(hào)檢測(cè)電路光電信號(hào)檢測(cè)電路光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用光電檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用主講：張廣遠(yuǎn)本課內(nèi)容本課內(nèi)容l緩變光信光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要求緩變光信光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要求l號(hào)檢測(cè)電路號(hào)檢測(cè)電路l光電信號(hào)檢測(cè)電路的動(dòng)態(tài)計(jì)算光電信號(hào)檢測(cè)電路的動(dòng)態(tài)計(jì)算l光電信號(hào)檢測(cè)電路的噪聲光電信號(hào)檢測(cè)電路的噪聲l前置放大器前置放大器1 1、光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要求、光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)要求對(duì)檢測(cè)電路的要求：1良好的光電轉(zhuǎn)換能力2快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力3最佳的信號(hào)檢測(cè)能力4長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性和可靠性。 2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)對(duì)象檢測(cè)對(duì)象:緩變光信號(hào) 方法方法:采用直流電路進(jìn)行檢測(cè) 要點(diǎn)要點(diǎn):靜

2、態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算光電傳感器件按伏安特性的性質(zhì)分為:恒流源型、光伏型和可變電阻型三種基本類型 。2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路2.1 恒流源型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)計(jì)算 曲線特征：i、工作電壓較小的范圍內(nèi)呈彎曲的趨勢(shì)，并且有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)M；ii、隨著工作電壓的升高，曲線逐漸平直；iii、不同輸入光通量的曲線間近似平行且間距隨光通量增大趨于相等。 2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路 具有這種伏安特性的光電檢測(cè)器件有光電管、光電倍增管、光電二極管和光電三極管等 。(a)光電倍增管光電倍增管 b）光電二極管）光電二極管 c）光電三極管）光電三極管 這些特性曲線和晶體管集電極特性曲線類似

3、，區(qū)別是光電器件的光電流是由輸入光功率控制，而三極管是由基極電流控制2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路1）圖解計(jì)算法基本電路基本電路 圖解法圖解法 LbIRUIU適用于大信號(hào)狀態(tài)下的電路分析2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路負(fù)載電阻影響 電源電壓影響 電阻減小，電流增大，電阻減小，電流增大，RL端電壓減小。端電壓減小。偏置電壓增大，輸出電壓增大。偏置電壓增大，輸出電壓增大。2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路2）解析計(jì)算法i、折線化伏安特性方法一：作兩段曲線的切線，交于方法一：作兩段曲線的切線，交于M點(diǎn)，并連接點(diǎn)，并連接原點(diǎn)原點(diǎn)O和和M。2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)

4、電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路方法二：最大輸入光信號(hào)對(duì)應(yīng)的伏安特性曲方法二：最大輸入光信號(hào)對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)為線轉(zhuǎn)折點(diǎn)為M。連接原點(diǎn)。連接原點(diǎn)O和和M；過(guò)；過(guò)M作直作直流部分的擬合直線。流部分的擬合直線。2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)折電壓U0：對(duì)應(yīng)于曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)M處的電壓值。初始電導(dǎo)G0：非線性區(qū)近似直線的初始斜率。結(jié)間漏電導(dǎo)G：線性區(qū)內(nèi)各平行直線的平均斜率。光電靈敏度S：?jiǎn)挝惠斎牍夤β仕鸬墓怆娏髦?。PISP2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路ii、確定工作點(diǎn)電流：光電流和暗電流之和。 SGUIIUfIpd,微變等效方程為：微變等效方程為： SdGdUdIdUU

5、IdI2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路輸入電路的工作狀態(tài)的計(jì)算包括：負(fù)載電阻、偏置電壓、輸出電流幅度、輸出電流幅度。（1）確定線性工作區(qū)域折線化特性曲線由U0、G0、G和S四個(gè)參數(shù)決定。 2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路在線段 MN上有關(guān)系：maxSGUUG000解得解得 GGSU00max0max0USGG2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路（2）計(jì)算負(fù)載電阻和偏置電壓 為保證最大線性輸出條件，負(fù)載線和max與對(duì)應(yīng)的伏安曲線的交點(diǎn)不能低于轉(zhuǎn)折點(diǎn)M。假設(shè)負(fù)載線通過(guò)M點(diǎn)，因此有：00L0bUGGUU2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路當(dāng)Ub已知時(shí)，

6、可計(jì)算出負(fù)載電導(dǎo)GL或電阻RL為：00bLG1SGG1UG1Rmax)(0max0max0max0000)1 (GSGGUSGGGSUUUUGGbLbL2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路 當(dāng)RL1GL已知時(shí)，可計(jì)算偏置電源電壓Ub為： )()()(00max0max000GGGGGSUGGSUGGGUULbLb00L0bUGGUU2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路（3）計(jì)算輸出電壓幅度 輸入光通量由min變化到max時(shí)，輸出電壓幅度為UUmax-U0 minmax)(SGUUUGnaxbLmax)(SGUUUG00bLH點(diǎn)點(diǎn) M點(diǎn)點(diǎn) 2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信

7、號(hào)檢測(cè)電路解得 ：LbLGGSUGUminmaxLbL0GGSUGUmax則，輸出電壓幅度為則，輸出電壓幅度為 ：LLGGSGGSU)(minmaxP76 公式公式4-9有誤有誤2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路（4）計(jì)算輸出電流幅度輸出電流幅度為：UGIIILminmaxLLGG1SUGIminmax通常通常GLG SSI)(minmax2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路（5）計(jì)算輸出電功率由功率關(guān)系可得 :22)(LLLGGSGUGP2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路2.2、光伏型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)計(jì)算、光伏型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)計(jì)算 伏安特性伏安特性 等效電路等效電路具有這種伏安特性的光電器件包括光電池和工作與光電池狀態(tài)下的光電二極管等2 2、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路、緩變光信號(hào)檢測(cè)電路光電池的輸出電流:pUU0I1eIIT)(UTKTq26mV（T300K時(shí)），時(shí)），IpSE 翻轉(zhuǎn)到第一象限翻轉(zhuǎn)到第一象限)(1eI