光电信号的采集课件.pptVIP

第三章光电信号的采集

一光电信号的拾取1.光电探测器的偏置正确设置光电探测器的偏置，对提高探测灵敏度、降低噪音、提高响应频率、发挥光电探测器的最佳性能，都具有重要意义。不同类型的光电探测器要求不同的偏置电路。一般说来，有零偏置和外加偏置两种方式。热电偶、热释电探测器、光磁电探测器和光伏电探测器都不需要外加偏置电源，在光照下产生的光电流（电压）经过一定的耦合方式与前置放大器相连，可实现对信号的有效放大。而外加偏置的光电探测器需要通过外加电源才能形成光电流（电压），故必须加外加偏置才能正常工作。光电导探测器、光电子发射探测器都属于这类探测器。

2.几种常见的偏置电路(1)一般直流偏置电路如图，R为探测器内阻，R为偏置电阻，V为直流偏置电dBA源，C为隔直流电容，C的输出直接加到前置放大器的输入端。此电路适用于光电导探测器。当光照射到探测器上时，R阻d值发生变化，导致R与R的分压比发生变化。通常R有不同的dBB选择，它可等于、大于或小于R，分别组成匹配偏置、恒流偏d置或恒压偏置电路。

(2)匹配偏置电路匹配偏置指的是偏置电阻R等于探测器内阻R。Bd图为一匹配偏置电路。由于光敏电阻的阻值对温度变化特别敏感，偏置电路中的R通常不采用一个固定电阻，而是用一个与所B用探测器相同规格的光敏电阻代替，使R与R随温度产生相同的B变化，以减小由于环境温度变化对输出信号的影响，从而保持输d出端A点电位的稳定。

(3)恒流偏置电路如果选取RR，则流过探测器的电流近似由V与R决定，BdAB与R无关，这种偏置称为恒流偏置。光电导探测器常采用这种偏d置，其最佳偏置电流一般由厂家给出。

(4)恒压偏置电路如果选取RR，则加在探测器的电压近似为V，而与R无B关，这种偏置称为恒压偏置。对于响应要求不是太高，而探测器dAd本身噪声又比较大时，常采用这种偏置电路。

(5)反偏偏置电路pn结光电效应主要是非平衡载流子中的电子运动。pn结型光伏探测器，其用法有两种：一种是不外加电压，直接与负载相接，如左图所示；另一种是加反向电压，形成反偏偏置，如右图所示。反偏偏置可减少结电容，使电路时间常量最小，适合于探测脉冲和高频调制光。

偏置的选择与光电探测器本身的特性(内阻R、噪声d等)有关，不同形式的偏置电路会引入不同的噪声。对于低阻光电探测器，当光电探测系统的噪声以探测器的非热噪声为主时，探测系统的信噪比与偏置电阻无关，及与偏置方式无关。这是因为输入信号电压与输入端等效噪声电压按同比例随R增加而增加。B当光电探测系统的噪声以探测器和负载电阻R的热噪B声为主时，恒流偏置信噪比最大，恒压偏置信噪比最小，匹配偏置居中。对于高阻光探测器，一般采用具有较大偏流的非恒流偏置更为合适。但所加偏置电流一般不要超过最佳偏置电流的上限。

合理设置晶体管的偏置是微弱信号低噪声放大的重要问题。如图是常用的无噪声偏置电路。

二光电探测器的前置放大1.特点光电探测器对于前置放大器通常从两个方面考虑：一是要求探测器的前置放大器功率传输最大，即放大器的输入电阻等于光电探测器的内阻，工作于匹配状态，此时在一定的入射光功率情况下，从放大器输出端可以得到最大输出电功率；其次，要求光电探测器的前置放大器输出最小的噪声，即放大器工作在最佳源电阻R的sopt情况下，此时在放大器输出端可得到最大的信噪比。在实际的光电光电探测系统中，最佳源电阻与匹配电阻往往是不相等的，有的相差还很大，如何选择要视实际要求而定。

根据阻抗匹配及噪声要求，光电探测器常采用以下形式的前置放大电路。(1)低输入阻抗前置放大器低输入阻抗前置放大器可采用变压器耦合、晶体管共基极电路、并联反馈及多个晶体管并联等作为放大器的输入级。在变压器耦合中，改变匝数比可以改变变压器输出端电阻，以达到阻抗匹配或最佳源电阻的要求。(2)高输入阻抗前置放大器对于阻抗特别高的光电探测器，必须采用场效应管作为第一级输入电路。场效应管是电压控制器件，它的栅-源、栅漏电阻可高达10~1015欧，而栅-源电容与栅漏电容一般为几皮法到几十皮8法，所以输入阻抗较高。同时，场效应管噪声低，抗辐射能力强，具有零温度系数工作点，所以高输入阻抗前置放大器常采用场效应管。

(3)其它放大电路对于具有恒流源特性的光电探测器，采用高负载将有利于获得大的信号电压，故希望采用高阻放大器。但高负载电阻与探测器分布电容和放大器输入电容将增加RC时间常量，影响系统的高频响应，并使其动态范围减小，通常采用互阻放大器或并联反馈放大器克服这一缺点，它是光纤系统中常用的前级放大电路，如图所示。它基本上是一个电流-电压变换器，在环路增益很大的情况下，输出电压与与输入电流之间的关系为：Vo=-ZIF；i式中，Z是从放大器的输出到输入的有效反馈阻