第04章光伏探測器

1、第第0404章章 光伏探測器光伏探測器光伏探測器，簡稱光伏探測器，簡稱PV（Photovoltaic）探測）探測器，也稱結(jié)型光電器件。器，也稱結(jié)型光電器件。 PNPN結(jié)受到光照時，可在結(jié)受到光照時，可在PNPN結(jié)的兩端產(chǎn)生光生結(jié)的兩端產(chǎn)生光生電勢差，這種現(xiàn)象則稱為光伏效應。電勢差，這種現(xiàn)象則稱為光伏效應。 光伏效應：光伏效應：光伏探測器：光伏探測器：光伏器件光伏器件簡稱簡稱PV（Photovolt）單元器件線陣器件四象限器件第第0404章章 光伏探測器光伏探測器4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.3 4.3 光伏探測器組合

2、器件光伏探測器組合器件4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性 2. 開路電壓開路電壓Uoc和短路電流和短路電流Isc3暗電流和溫度特性暗電流和溫度特性4噪聲、信噪比和噪聲等效功率噪聲、信噪比和噪聲等效功率5. 光譜特性光譜特性 6. 響應時間和頻率特性響應時間和頻率特性 4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性電流方程電流方程 /0p1e Uk TIIeI伏安特性伏安

3、特性 伏安特性伏安特性第一象限：普通二極管第一象限：普通二極管 光電探測器光電探測器 這個區(qū)域沒有意義！這個區(qū)域沒有意義！ 1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性伏安特性伏安特性第三象限：第三象限：光電導模式光電導模式 光電二極管光電二極管 這個區(qū)域重要意義！這個區(qū)域重要意義！ 反向偏壓可以減小反向偏壓可以減小載流子的渡越時間載流子的渡越時間和二極管的極間電和二極管的極間電容，有利于提高器容，有利于提高器件的響應靈敏度和件的響應靈敏度和響應頻率。響應頻率。 1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性第四象限：第四象限：光伏模式光伏模式 光電池

4、光電池 工作區(qū)域工作區(qū)域伏安特性伏安特性1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性伏安特性伏安特性光電二極管光電二極管 光電池光電池 普通二極管普通二極管 1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性等效電路等效電路 （意義：分析與計算）（意義：分析與計算）1. 光照下的光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性結(jié)電流方程及伏安特性/0p1e Uk TIIeI電流源電流源普通二極管普通二極管4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性 2. 開路電壓開路電壓Uoc和短路電流和短路電流Iscp/01IeIIkTqU負載電阻RL，光伏探測器兩端的

5、電壓稱為開路電壓 ocp0ln/1kTUIIe（）負載電阻RL=0，流過光伏探測器稱為短路電流 scpIIS E -開路電壓短路電流 4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性電流方程電流方程 /0pdp1eUkTIIeIII/d01eUkTIIe暗電流暗電流 硅光電二極管暗電流的溫度特性 常溫條件下，暗電流常溫條件下，暗電流硅光電二極管硅光電二極管 100nA硅硅PIN光電二極管光電二極管1nA3. 暗電流暗電流4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性3. 暗電流暗電流電流方程電流方程 /0pdp1eU kTIIeIII/d01eU kTIIe暗電流暗電

6、流暗電流的影響：暗電流的影響： 1.1.弱光的測量弱光的測量 2.2.增大散增大散粒噪聲粒噪聲暗電流減小方法：暗電流減小方法： 1.1.降低溫度降低溫度 2.2.偏壓為偏壓為零或為負零或為負4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性4噪聲、信噪比和噪聲等效功率噪聲、信噪比和噪聲等效功率光伏探測器的噪聲主要包括器件中光電流的散粒噪聲、暗電光伏探測器的噪聲主要包括器件中光電流的散粒噪聲、暗電流的散粒噪聲和流的散粒噪聲和PN結(jié)漏電阻結(jié)漏電阻Rsh的熱噪聲。的熱噪聲。 2npdshL4422kT fkT fieIfeIfRR 噪聲等效功率 2dniNEPS特別注意： 一般產(chǎn)品手冊中給

7、出的探測器的NEP值僅考慮了暗電流對散粒噪聲的貢獻。光電二極管光電二極管噪聲等效功率計算噪聲等效功率計算Dp2e IIfNEPS（）PIN PD PIN PD 1010- -1414W/HzW/Hz1/21/24.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性5. 光譜特性光譜特性光伏探測器波長響應范圍光伏探測器波長響應范圍紫外光紫外光可見光可見光紅外遠紅外光紅外遠紅外光P86 P86 紫外紫外光電二極管光電二極管 200nm200nm4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性5. 光譜特性光譜特性光伏探測

8、器波長響應范圍光伏探測器波長響應范圍紫外光紫外光可見光可見光近紅外遠紅外光近紅外遠紅外光光電導探測器波長響應范圍光電導探測器波長響應范圍紫外光紫外光可見光可見光近紅外近紅外 極遠紅外極遠紅外光光二者光譜響應范圍的差別？為什么？二者光譜響應范圍的差別？為什么？4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性 6. 響應時間和頻率特性響應時間和頻率特性 光伏效應示意圖光伏效應示意圖響應時間：響應時間： 擴散時間擴散時間10-9s 漂移時間漂移時間10-11s 電路時間常數(shù)電路時間常數(shù) 1.5109 s光敏區(qū)薄，縮短擴散時間；邊注入技術(shù)，？擴散時間光敏區(qū)薄，縮短擴散時間；邊注入技術(shù)，？擴

9、散時間4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性 6. 響應時間和頻率特性響應時間和頻率特性 頻率特性：頻率特性： 僅考慮電路時間常數(shù)僅考慮電路時間常數(shù)eLjR CHCe12f 硅光電二極管硅光電二極管幾百兆赫幾百兆赫，上千兆赫的響應頻率上千兆赫的響應頻率; PIN光電二極管光電二極管10GHz,雪雪崩光電二極管崩光電二極管100GHz4.1 4.1 光伏探測器的原理和特性光伏探測器的原理和特性比較：比較：頻率特性頻率特性HCe12f光伏探測器光伏探測器光電導探測器光電導探測器HCc12f光伏探測器頻率特性由電路時間常數(shù)決定光伏探測器頻率特性由電路時間常數(shù)決定光電導探測器頻率

10、特性由載流子壽命決定光電導探測器頻率特性由載流子壽命決定4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 4.2.2 4.2.2 硅光電二極管硅光電二極管4.2.3 4.2.3 硅光電三極管硅光電三極管4.2.4 PIN4.2.4 PIN光電二極管光電二極管4.2.5 4.2.5 雪崩光電二極管雪崩光電二極管4.2.6 4.2.6 紫外光電二極管紫外光電二極管4.2.7 4.2.7 碲鎘汞、碲錫鉛紅外光電二極管碲鎘汞、碲錫鉛紅外光電二極管4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器 4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 工作區(qū)域：第四象限：工作區(qū)域：第四

11、象限：4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：分類：分類：主要功能是作為光電探測主要功能是作為光電探測用，光照特性的線性度好用，光照特性的線性度好太陽能光電池太陽能光電池測量光電池測量光電池主要用作電源，轉(zhuǎn)換效率主要用作電源，轉(zhuǎn)換效率高、成本低高、成本低(Solar Cells) 4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器光電特性光電特性照度照度電流電壓特性電流電壓特性照度照度負載特性負載特性 4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 伏安特性伏安特性光電池伏安特性光電池伏安特性 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器 4.2.

12、1 4.2.1 硅光電池硅光電池 伏安特性伏安特性4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器表示輸出電流和電壓隨負載電阻變化的曲線表示輸出電流和電壓隨負載電阻變化的曲線無外加偏壓無外加偏壓（自偏壓）（自偏壓） 4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 光譜特性光譜特性4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器普通型、短波長響應型普通型、短波長響應型 4.2.1 4.2.1 硅光電池硅光電池 頻率特性頻率特性數(shù)十數(shù)十k kHz Hz 原因？原因？溫度特性溫度特性開路電壓開路電壓負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)短路電流短路電流正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.2 4.

13、2.2 硅光電二極管硅光電二極管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：摻雜濃度較低；電阻率較高；結(jié)區(qū)面積小；通常多工作于反偏置狀態(tài)；結(jié)電容小，頻率特性好；光電流比光電池小得多，一般多在微安級比較：比較：光電二極管與光電池光電二極管與光電池 表表4 42 2和表和表4 41 1（Photodiode，簡稱，簡稱PD） 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.3 4.2.3 硅光電三極管硅光電三極管又稱為光電晶體管（又稱為光電晶體管（Phototransistor，簡稱，簡稱PT） 光電三極管在電子線路中的符號光電三極管在電子線路中的符號4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.3 4.2.3 硅光電

14、三極管硅光電三極管原理性結(jié)構(gòu)圖：原理性結(jié)構(gòu)圖：又稱為光電晶體管（又稱為光電晶體管（Phototransistor，簡稱，簡稱PT） 光電三極管的結(jié)構(gòu)和普通晶體管類似，但它的外殼留有光窗 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.3 4.2.3 硅光電三極管硅光電三極管原理圖：原理圖：又稱為光電晶體管（又稱為光電晶體管（Phototransistor，簡稱，簡稱PT） NPN光電三極管可等效為一個硅光電二極管和一個普通晶體管組合而成。 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.3 4.2.3 硅光電三極管硅光電三極管比較：比較：光電三極管與光電二極管光電三極管與光電二極管 表

15、表4 43 3和表和表4 42 2 硅光電二極管光電特性 硅光電三極管光電特性 光電三極管：輸出光電流大 光電特性“非線性” ，頻率特性較差4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.4 PIN光電二極管光電二極管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：(PIN Photodiode，簡稱，簡稱PIN PD) 在摻雜濃度很高的在摻雜濃度很高的P型半導體和型半導體和N型半導體之間夾著一層較型半導體之間夾著一層較厚的高阻本征半導體厚的高阻本征半導體I 結(jié)電容變得更小，頻率響應高，帶寬可達結(jié)電容變得更小，頻率響應高，帶寬可達10GHz； 線性輸出范圍寬線性輸出范圍寬特點：特點：應用：應用： 光通信、光雷達等快速光檢測領(lǐng)

16、域光通信、光雷達等快速光檢測領(lǐng)域 光經(jīng)波導從光經(jīng)波導從I層進入層進入 PIN光電二極管工作原理光電二極管工作原理4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.4 PIN光電二極管光電二極管(PIN Photodiode，簡稱，簡稱PIN PD) 美國美國AT&T貝爾實驗室：帶微諧振腔的貝爾實驗室：帶微諧振腔的InPInGaAs光電二極管，。同時獲得了高量子效率和光電二極管，。同時獲得了高量子效率和大的帶寬。克服了常規(guī)大的帶寬。克服了常規(guī)PIN光電二極管兩者不可光電二極管兩者不可兼得的缺點兼得的缺點 該光電二極管光敏面該光電二極管光敏面150m峰值波長峰值波長1.48m、暗電流為、

17、暗電流為14nA量子效率為量子效率為82時時, 結(jié)結(jié)電容為電容為0.757PF。PIN光電二極管光電二極管實例：實例：4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.5 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(Avalanche Photodiode，簡稱，簡稱APD) pqIMhqNIMp內(nèi)增益：內(nèi)增益： M1； M1 外電路單位時間內(nèi)的電子數(shù)外電路單位時間內(nèi)的電子數(shù)器件內(nèi)單位時間內(nèi)的光電子數(shù)器件內(nèi)單位時間內(nèi)的光電子數(shù)APDAPD內(nèi)增益：內(nèi)增益：10102 210103 3 高反壓高反壓(100200 V) 強電場強電場 載流子加速載流子加速 碰撞碰撞 新載流子新載流子雪崩倍增雪崩倍增 光電流的放

18、大光電流的放大 APDAPD內(nèi)增益：內(nèi)增益：10102 210103 3 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.5 雪崩光電二極管雪崩光電二極管1.1.結(jié)構(gòu)原理：結(jié)構(gòu)原理：4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器雪崩光電二極管工作原理雪崩光電二極管工作原理雪崩光電二極管雪崩光電二極管2.雪崩增益雪崩增益M ：M0B11nIMIUUUB為擊穿電壓為擊穿電壓 U增加到接近增加到接近UB 得到很大的倍增得到很大的倍增 U很低很低 沒有倍增現(xiàn)象沒有倍增現(xiàn)象 U超過超過UB 噪聲電流很大噪聲電流很大 APD合適工作點：合適工作點： U接近接近UB，但不超過，但不超過APDAPD合適工作

19、點：合適工作點： U U接近，但不超過接近，但不超過U UB B與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系穩(wěn)定穩(wěn)定APDAPD工作點：工作點： 1. 1. 穩(wěn)穩(wěn)壓壓 2. 2. 恒恒溫溫雪崩光電二極管雪崩光電二極管2.雪崩增益雪崩增益M ：APDAPD合適工作點：合適工作點： U U接近，但不超過接近，但不超過穩(wěn)定穩(wěn)定APDAPD工作點：工作點： 1. 1. 穩(wěn)穩(wěn)壓壓 2. 2. 恒恒溫溫APD工作電路舉例：工作電路舉例：恒溫箱恒溫箱雪崩光電二極管雪崩光電二極管2.雪崩增益雪崩增益M ：4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器雪崩光電二極管雪崩光電二極管(Avalanche Photodiode，簡稱，簡稱

20、APD) APDAPD內(nèi)增益：內(nèi)增益：10102 210103 3 3.噪聲特性噪聲特性4.響應時間響應時間 （0.052.0ns）1.結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理2.雪崩增益雪崩增益M雪崩光電二極管雪崩光電二極管實例：實例：雪崩光電二極管雪崩光電二極管PIN PD PIN PD 1010- -1414W/HzW/Hz1/21/2APD APD 1010- -1515W/HzW/Hz1/21/2 Si-PD Si-PD 1010-13-13W/HzW/Hz1/2 1/2 PMT PMT 1010-16-16W/HzW/Hz1/2 1/2 4.2 4.2 常用光伏探測器常用光伏探測器4.2.1 4.2.1

21、硅光電池硅光電池 4.2.2 4.2.2 硅光電二極管硅光電二極管4.2.3 4.2.3 硅光電三極管硅光電三極管4.2.4 PIN4.2.4 PIN光電二極管光電二極管4.2.5 4.2.5 雪崩光電二極管雪崩光電二極管4.2.6 4.2.6 紫外光電二極管紫外光電二極管4.2.7 4.2.7 碲鎘汞、碲錫鉛紅外光電二極管碲鎘汞、碲錫鉛紅外光電二極管 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件 光伏探測器的組合器件特點是：大多在一光伏探測器的組合器件特點是：大多在一塊硅片上按一定要求制造出若干個光伏探測器塊硅片上按一定要求制造出若干個光伏探測器，可用來代替由分立光伏探測器而組成的變換，可用

22、來代替由分立光伏探測器而組成的變換裝置，不僅具有光敏點密集量大，裝置結(jié)構(gòu)簡裝置，不僅具有光敏點密集量大，裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、調(diào)節(jié)方便、精確度高等優(yōu)點，而且單、緊湊、調(diào)節(jié)方便、精確度高等優(yōu)點，而且還可以擴大變換裝置的應用范圍。還可以擴大變換裝置的應用范圍。也稱為集成結(jié)型光電器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件也稱為集成結(jié)型光電器件半導體色敏感器件半導體色敏感器件 陣列式光電器件陣列式光電器件象限式光電器件象限式光電器件光電位置探測器光電位置探測器光電耦合器光電耦合器 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件半導體色敏感器件半導體色敏感器件 1.1.結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理 同一塊硅片上

23、制造的兩個深淺不同的PN結(jié)：PD1為淺結(jié)，對波長短的光響應率高；PD2為深結(jié)，對波長長的光響應率高。雙結(jié)光電二極管半導體色敏器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件2.2.檢測電路檢測電路 20Tsc2sc11lglgRUUIIR對應于不同顏色波長的輸出電壓值 UT=kT/e，室溫條件下，UT26mV；Isc1和Isc2分別為PD1、PD2的短路電流 對數(shù)放大器差動放大器半導體色敏感器件半導體色敏感器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件3.3.短路電流比短路電流比 短路電流比與入射波長關(guān)系 入射波長與輸出電壓關(guān)系 20Tsc2sc11lglgRUUIIR半導體色敏感器件半

24、導體色敏感器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件4.4.應用舉例應用舉例 半導體色敏器件特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低等。在工業(yè)上可以自動檢測紙、紙漿、染料的顏色；醫(yī)學上可以測定皮膚、牙齒等的顏色；用于家電中電視機的彩色調(diào)整、商品顏色及代碼的讀取等，它是非常有發(fā)展前途的一種新型半導體光電器件。半導體色敏器件是非常有發(fā)展前途的一種新型半導體光電器件。CCD攝像器件顏色識別功能半導體色敏感器件半導體色敏感器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件陣列式光電器件陣列式光電器件10DP型光電二極管線陣器件 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件100100以上，

25、以上， 一維光學圖像、一維光學圖像、 空間頻譜分析空間頻譜分析 -線陣線陣CCDCCD2 2個，個， 光點移動方向光點移動方向用途：用途：2 24 4個，個， 相位信息相位信息陣列式光電器件陣列式光電器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件象限式光電器件象限式光電器件準直、定位、準直、定位、跟蹤、頻譜分析跟蹤、頻譜分析各種象限式光電器件示意圖 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件以四象限為例：以四象限為例：若入射光為正中心若入射光為正中心O O，4 4個個PDPD的輸出均等；的輸出均等；若偏于若偏于1 1象限，則象限，則PD1PD1輸出較輸出較大，其余均較小大，其余均較小工作

26、原理工作原理缺點：缺點：光敏面上有象限分隔線，對光斑位置不能進行光敏面上有象限分隔線，對光斑位置不能進行 連續(xù)測量，位置分辨率受影響連續(xù)測量，位置分辨率受影響 象限式光電器件象限式光電器件 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件特點：特點：光敏面上無象限分隔線，對光斑位置可進行光敏面上無象限分隔線，對光斑位置可進行 連續(xù)測量，位置分辨率高連續(xù)測量，位置分辨率高 光電位置探測器光電位置探測器Position Sensitive Detectors，簡稱，簡稱PSD一維一維PSD 結(jié)構(gòu)三層： 上面為P層 下面為N層 中間為I層P層光敏層，電阻均勻 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件

27、光電位置探測器光電位置探測器P P層的電阻率分布均勻、負載及電極接觸電阻為零層的電阻率分布均勻、負載及電極接觸電阻為零 LIIIIxILxLIILxLI1212020122， 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件光電耦合器光電耦合器光電耦合器是發(fā)光器件與接收器件組合的一種元件。光電耦合器是發(fā)光器件與接收器件組合的一種元件。發(fā)光器件：發(fā)光器件： 常采用發(fā)光二極管常采用發(fā)光二極管接收器件：接收器件： 常用光電二極管、光電三極管、光集成電路等常用光電二極管、光電三極管、光集成電路等 例例1 1：用光電耦合器隔離的高壓穩(wěn)壓電路：用光電耦合器隔離的高壓穩(wěn)壓電路 高壓區(qū)高壓區(qū) 低壓區(qū)低壓區(qū)光光光電

28、耦合器光電耦合器例例2. 2. 計算機系統(tǒng)中終端設備計算機系統(tǒng)中終端設備 與主機的隔離運行與主機的隔離運行大型計算機主機大型計算機主機用戶終端設備用戶終端設備光光光電耦合器光電耦合器 4.3 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件總總 結(jié)：結(jié)：半導體色敏感器件半導體色敏感器件 陣列式光電器件陣列式光電器件象限式光電器件象限式光電器件光電位置探測器光電位置探測器光電耦合器光電耦合器4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路為使器件正常工作，提供合適的電流或者電壓為使器件正常工作，提供合適的電流或者電壓TRb+UCCcR偏置電路偏置電路: :例如：例如：意義：意義：1. 1. 提高探測

29、靈敏度提高探測靈敏度2. 2. 提高頻率響應提高頻率響應3. 3. 降低噪聲降低噪聲偏置電壓偏置電壓偏置電阻偏置電阻反向偏置電路反向偏置電路 自偏置電路自偏置電路 零伏偏置電路零伏偏置電路 4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路自偏置電路自偏置電路4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路1 1短路或線性電流放大區(qū)短路或線性電流放大區(qū)2 2空載電壓輸出區(qū)空載電壓輸出區(qū)3 3功率放大區(qū)功率放大區(qū)4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路光電池自偏置電路 自偏置電路自偏置電路1 1短路或線性電流放大區(qū)短路或線性電流放大區(qū)R RL0L0=0 (=0 (運

30、放虛短運放虛短) )放大器的輸入電阻為：放大器的輸入電阻為： r1fiRAri =010 線性放大區(qū)：線性好、輸出光電流大，暗電流近線性放大區(qū)：線性好、輸出光電流大，暗電流近似為零、信噪比好，適合弱光信號檢測。似為零、信噪比好，適合弱光信號檢測。4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路自偏置電路自偏置電路2 2空載電壓輸出區(qū)空載電壓輸出區(qū)RL1M 光電池處于接近開路狀態(tài)光電池處于接近開路狀態(tài) 光照，輸出電壓從光照，輸出電壓從0跳躍到跳躍到0.450.6V空載電壓輸出區(qū)：具有很高的光電轉(zhuǎn)換靈敏度，不空載電壓輸出區(qū)：具有很高的光電轉(zhuǎn)換靈敏度，不需偏置電源，適合于開關(guān)或控制電路需偏置

31、電源，適合于開關(guān)或控制電路 4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路自偏置電路自偏置電路零伏偏置電路零伏偏置電路 兩種零伏偏置電路：兩種零伏偏置電路： 0 0 自偏置：負載電阻為零自偏置：負載電阻為零 反偏置：反偏壓很小或為零反偏置：反偏壓很小或為零 4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路1 1零伏偏置電路特點零伏偏置電路特點中遠紅外波段光伏探測器：中遠紅外波段光伏探測器： 窄禁帶（窄禁帶（Eg很?。?，受熱激發(fā)影響較很?。軣峒ぐl(fā)影響較 大，反向偏壓不能大大，反向偏壓不能大(一般為幾百毫伏至一點一般為幾百毫伏至一點 幾伏幾伏) 零伏偏置或接近于零伏偏置。零伏

32、偏置或接近于零伏偏置。 質(zhì)量好的光伏探測器：質(zhì)量好的光伏探測器： 零伏偏置，零伏偏置，1f 噪聲最小，暗電流為零噪聲最小，暗電流為零 較高的信噪比。較高的信噪比。零伏偏置電路零伏偏置電路 2 2零伏偏置電路實例零伏偏置電路實例例例1 1：自偏置自偏置_ _負載電阻為零負載電阻為零 例例2 2：反偏置反偏置_ _反偏壓為零反偏壓為零 零伏偏置電路零伏偏置電路 反向偏置電路反向偏置電路反向偏置電路特點：反向偏置電路特點： 靈敏度、頻帶寬度和光電變換線性范圍靈敏度、頻帶寬度和光電變換線性范圍 4.4 4.4 光伏探測器的偏置電路光伏探測器的偏置電路反向偏置電路反向偏置電路 4.4 4.4 光伏探測器

33、的偏置電路光伏探測器的偏置電路為了分析問題方為了分析問題方便，將第三象限便，將第三象限特性曲線旋轉(zhuǎn)到特性曲線旋轉(zhuǎn)到第一象限第一象限 與晶體三極管輸與晶體三極管輸出曲線類似出曲線類似 1.1.基本反向偏置電路基本反向偏置電路反向偏置電路反向偏置電路 bLU IUIR電路圖：回路方程：U(I)為光電二極管的端電壓 Ub為偏置電壓 負載電阻上的輸出信號：1.1.基本反向偏置電路基本反向偏置電路反向偏置電路反向偏置電路選擇負載電阻選擇負載電阻RL和偏置電壓和偏置電壓Ub ：負載電阻的影響 偏置電壓的影響 1.1.基本反向偏置電路基本反向偏置電路選擇負載電阻選擇負載電阻RL和偏置電壓和偏置電壓Ub ：方法：方法：標出拐點M bMLMUURI功耗限制 2LbmaxRU / P圖解分析方法反向偏置電路反向偏置電路1.1.基本反向偏置電路基本反向偏置電路選擇負載電阻選擇負載電阻RL和偏置電壓和偏置電壓Ub ：標出拐點M bMLMUURI圖解分析方法：直觀、方便，適應于檢測恒定或