光电信号检测电路设计.ppt

第7章 光电信号检测电路;概述;1.灵敏的光电转换能力;7.1 缓变光信号检测电路设计;恒流源型器件光电信号输入电路;1、图解计算法;图解法特别适用于大信号状态下的电路分析。例如在大信号检测情况下可以定性地看出输出信号的波形畸变。在用作光电开关的情况下，可以借助图解法合理地选择电路参数使之能可靠地动作，同时保证不使器件超过其最大工作电流、最大工作电压和最大耗散功率。;（a），减小负载（斜率增大），使输出信号电流增大而电压减小。负载的减小受到最大工作电流和功耗的限???；过大的负载，使负载线越过转折点M进入非线性区，使信号失真。;2、解析计算法;设输入光功率为P，对应的光电流为Ip，则;在输入光通量变化范围有限已知的条件下，解析法的计算步骤如下：;;（2）计算负载电阻和偏置电压;H点：;计算过程：;（4）计算输出电流幅度;（5）计算输出电功率;光伏型器件光电信号输入电路;;1、光伏型器件输入电路的形式;2、无偏置输入电路的静态计算;②根据图解法确定静态工作点Q;3、根据负载电阻分析光电池工作状态：;（1）短路或线性电流放大;;（2）空载电压输出;（3）线性电压输出;由于I0I, 有 =;可变电阻型器件光电信号输入电路;两种典型的工作状态：;（2）恒压偏置;2、电桥输入电路;选择两个性能相同的热敏电阻RT作电桥测量臂电阻，普通电阻作为补偿臂电阻。;有外来辐照时，引起电阻温升，有;7.2、光电信号检测电路的动态计算;一、输入电路动态工作状态的计算 ;光电二极管交流检测电路;静态工作点Q的电流值 由直流负载线有 此外，阻抗匹配时，Q点电压 比较可得：阻抗匹配即对应最大输出功率下的直流偏置电导;光电二极管交流检测电路;光电池交流检测电路;二、光电检测电路的频率特性;1．光电检测电路的高频特性;2、光电检测电路的综合频率特性;2．光电检测电路的综合频率特性;3．光电检测电路频率特性的设计;频率特性设计实例;求解步骤 3.计算输入电路参数 负载电阻： RL＝1/2πfHC(Cj+C0)≈3.3kΩ ，选为2kΩ 偏置电阻：取Rb＝(10～20)RL，即Rb＝10RL＝20kΩ 耦合电容C：C＝1/2π(RL+Rb)fLC=0.07μF,取为C＝1μF 第一级耦合电容可适当增大10倍，取电容值为10μF ;;例题：用2DU1型光电二极管和两级相同的放大器组成光电检测电路。被测光信号的波形如图所示。脉冲重复频率f=200kHz，脉宽t0=0.5us，脉冲幅度1V，设光电二极管的结电容Cj=3pF，输入电路的分布电容C0=5pF ，设计该电路的阻容参数。;选取频谱包络线的第二峰值作为信号的高频截止频率fHC。;（2）确定级联各级电路的频带宽;类似地，单级低频截止频率;噪声特点：随机性(振幅和相位) 处理方法：统计分析 噪声源 外部噪声：外部条件变化引起的，可采取抗干扰措施改善或消除 内部噪声：光电检测器件和检测电路器件本身带来的，无法消除 噪声干扰的分析和微弱信号的提取:核心问题 噪声估算 提高信噪比,及确定最小输入光功率;一、检测电路的噪声等效处理 ;一、检测电路的噪声等效处理 ;一、检测电路的噪声等效处理 ;噪声估算目的 确定器件和电路的固有噪声电平 计算信噪比 估算出为保证可靠检测所必需的最小输入光功率值 噪声估算的具体步骤是 首先确定检测器件和前级电路的噪声源； 其次计算等效电阻和复合阻抗下的噪声等效带宽，画出检测电路的噪声等效电路； 最后根据噪声等效电路计算噪声输出电压、信噪比和最小输入光功率值。 ;光电倍增管检测电路的噪声估算;;作业;题2某光电检测输入电路的负载电阻 ,电路通频带 试计算： （1）300K工作时负载电阻上的热噪声电压 （2）若使噪声电压不超过 ，此时的等效噪声带宽 应为多少？ （3）求出需并联多大的电容器？ （4）求出这一检测电路的时间常数和上限截止频率;4.5前置放大器;;;;;4.6光电检测电路举例;补充：光电开关;光幕传感器;光电开关的定义：以光源为介质，应用光电效应，根据当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无、大小和明暗，而产生输出信号的开关元件。;光电开关的叫法，主要是指输出为开关量的开关元件。光电传感器的叫法，涵盖了输出为开关量、模拟量、通讯数据等情形。目前市面光电开关的叫法有分光源、检测形式、用途、结构等命名的。如：利用红外光源的叫红外光电开关、红外线光电开关、红外线光电传感器等。利用自然光的叫光控开关、光电继电器等。利用激光为光源的叫激光光电开关、激光光电传感器等。利