第四章光电信号处理4.2光电探测器的偏置电路4.2.1光电导探测器（PC）的偏置电路4.2.2光伏探测器（PV）的偏置电路探测器的伏安特性分三种类型：4.2.1光电导探测器的偏置输出点A的直流电压：例：化学沉淀PbS最大功耗Pm为0.2瓦每平方厘米,使用时要低于比值，取0.1瓦每平方厘米推导最大功耗Pm与VB的关系：b）VS与RL的关系c)最佳偏置条件的确定二、光电导探测器三种特殊偏置方式及其特点分析当选RL<<Rs，探测器上的偏置电压与Rs无关，基本恒定。3）恒功率偏置（匹配偏置）2.三种偏置情况的比较2.三种偏置情况的比较4.2.2光伏探测器的偏置PV器件的回顾1）零偏置或正向偏置：工作在伏安特性的第四象限，多用于输出功率。也可以用于探测。2）反向偏置：工作在第三象限，多用于探测。一.PV器件静态工作点的确定二、光伏探测器的等效电路光电流结电流漏电流流过探测器的电流2.交流等效电路连接前放的交流等效电路随时间缓慢变化的光信号其频谱分布处于低频段，通常延伸到零频。相应的探测电路多采用直流探测型或调制探测型。对于直流探测型的输入电路，主要的设计工作是电路静态工作点的计算。（一）反偏下光电二极管的偏置电路分析与计算1.图解计算法基本电路TN线的确定：当I＝0时，V=Vb（N点）；V=0（T点）由于串联回路中流过多元件的电流相等，负载线和它的伏安特性曲线的交点Q即为输入电路的静态工作点。当输入光通量由Φ0作±ΔΦ改变时，在负载电阻上会产生±ΔV电压输出和±ΔIQ的电流信号输出。利用图解法可定性的求出电路参数RL和Vb对输出信号的影响。同时，随Vb↑线性改善。但功耗加大，过大的Vb会引起PD反向击穿。在利用图解法确定输入电路的RL和Vb时，应根据输入光通量的变化范围和输出信号的幅度要求，使负载线稍高于转折M，并保证Vb不大于最高工作电压Vmax。例：用2DU测缓变辐射通量。已知2DU的电流灵敏度，在测光范围中最大辐射通量100μW,伏安特性曲线的拐点电压VM=10V，若电源电压Vb=15V。要求负载线建立在线性区内。求：（1）保证输出电压最大时的Rbmax=?（2）辐射通量变化10μW时，输出电压的变化量。解：依题画出如下简图折线化伏安特性可用下列参数确定：A.转折电压V0：对应曲线转折点处的电压值。在输入光通量的变化范围Φmin—Φmax为已知条件下，用解析法计算输入电路的工作状态可按下列步骤进行。1）确定线性工作区域2）计算偏置电阻Rb、偏压Vb。为保证最大线性输出条件，负载线和由Φmax对应的伏安曲线的交点不能低于M点。G0V0=Gb(Vb-V0)当Vb已知时，则：3）计算输出电压幅度4）计算输出电流幅度由图可知：（二）光生电势型探测电路的静态计算当1.无偏置的光电池电路：计算临界电阻RLS线性区工作分两种情况：1）电流放大：要求RL与后级放大器的输入阻抗尽量小，使负载线靠近电流轴以得到最大的电流输出。输出电流变为ISC和Φ有良好的线性关系非线性区:当RL>RLS时，输入电路处于非线性区。这时，除在光电流较小范围内有一很窄的线性区外，V与Φ的对数成正比。对于较小的Φ，开始的信号电压输出幅度较大。这一点对于探测弱信号特别有利。例:光电池在光照度为100lx时，开路电压为VOC=180mV,ISC=80μA，求在由50lx增加到200lx时，为保证线性输出所需最佳负载电阻值和输出电压变化量。四、PV器件动态工作状态设计交变光信号是指快速变化或各类型调制光信号。在分析和设计交变光信号探测电路时应考虑到下述几个问题：1.确定探测电路动态工作点。2.确定光信号频率不失真的动态响应。3.满足信号频率要求下的信噪比。输入电路动态工作点的计算交变电路中首先建立直流工作点以获得最大的输出。另一方面输入电路与后续电路通常由阻容连接等多种方式实现耦合。后续电路的等效输入阻抗将和输入的直流负载电阻相并联组成交流负载。在设计和分析输入电路时，这是不同于前述静态工作点计算的主要区别之一。1.光电二极管交流探测电路如图为反偏压PD的交变光探测基本电路。假定交流负载线为MN，它过M点，斜率由RL//Rb决定。交流负载线与光照度E=E0对应的伏安特性相交于Q点，则过Q点的斜率为–Gb的直线即为直流负载线。2）计算RL上的输出功率PL和电压值Vm由图中几何关系得:则有：当已知电源电压Vb时，根据动态工作点和静态工作点重合于Q点的条件，可计算出最大功率输出条件下偏置电阻Rb。在最大功率输出条件下，根据图中几何关系有2.光电池交流检测电路由图可知:得最大功率输出时:由静态工作点Q的状态，可计算最大功率输出下的偏置电阻Rb。例.硅光电池2CR31。在100lx光照下VOC=400mV,ISC=30