蔡司光电二极管阵列光谱仪模块(diode array spectrometer module) 发展外况 由于光学技术、材料技术、电子技术、计算机技术的迅速发展，蔡司于十年已开始光电二极管阵列光谱仪模块的生产及应用推广。现今这类产品已成为测量和分析的基本单元。只要在进行系统设计的基础上，配以相应的辅助部件、电路、计算机、软件等，能够研制出满足各种需求的精密仪器设备。 以光電二极管阵列光谱仪模块为核心的设备能够测量的参数：发光辐射度、荧光发射度、波长测量、颜色测量、膜层厚度测量、温度测量、浓度测量、气体成分测量等；能够测量的光谱达到的范围：紫外、可见、近红外和红外波段；能够测量的对象：激光、照明光源、发光管、液体、织物、宝石等；模块广泛应用于环境监测、工业分析、缺陷检测、化学分析、食品品质检测、材料分析、医学诊断、临床检验、航空航天、遥感等领域。 模块结构 光電二极管阵列光谱仪模块，具有一个设计极佳的结构组成，主体机壳全封闭式的将传送光的光纤(OPTICAL FIBRE)、光纤截面转换器(CROSS SECTION CONVERTER)、凹面成像光栅(CONCAVE GRATING)、二极管阵列紧凑(DIODE ARRAY)、永久的粘在一起，并有相应的电路(CIRCUIT BOARD)，构成尽可能小的单元模块。两种模块形式如图1、图2所示。 模块的集成和微型是随着光纤技术、光栅技术、二极管阵列检测技术、电子元器件技术、材料技术的进步和发展而来，更多地成为现场检测和实时监控仪器的首选单元。 图1 光電二极管阵列光谱仪模块(微型，内置控制电路和前置放大器)
图2 光电二极管阵列光谱仪模块(分辨率高，外置控制电路和前置放大器) 产品特点 1.工艺先进：紧凑的机械结构；全封闭；光学部件永久定位；没有机械调整；具有对机 械冲击高度的非敏感性；从而导致非常高的可靠性。 2.仅需要成像光栅，省掉了常规光谱仪中的透镜、凹面镜、平面镜等多个部件。 3.体积小；结构完全免维护；不需重新校正；结实耐用；热稳定性好。 4.可以选择较宽的动态范围和波长范围。 5.高感旋光性；高光谱分辨率；高灵敏度；高效率。 6.良好的波长重复性和波长准确性，结果完全可信。 7.用于各种测量目的，同时多波长测量；完整的多成分分析；测量简单可靠。 8.技术先进：能够连续、稳定、快速的采集光谱数据；测量速度之快，可以用于在线 分析。 单元模块 单元模块的大小是由光纤狭缝、成像光栅、检测器件等部件尺寸决定的。参见图1、图2。从物理光学的角度看，部件尺寸仅由所需要的分辨率决定。由于在许多应用中只需很高的重现性，因此在满足一定分辨率的情况下，采用尽量小的部件。 光电二极管阵列光谱仪模块系列的设计理念是：在硬件上尽量简化光、机结构设计，在尽量减少部件数量的同时，不同型号的模块中尽量使用相同部件。 模块主体 在光电二极管阵列光谱仪模块内部，主体是由UBK7玻璃制成，成像光栅直接贴在玻璃体上，这样光栅是完全固定的，能够理想地防止灰尘和气体的侵蚀。使用高光学密度的材料以及更大的光学孔径，可以使用很小的光栅，从而达到更小的失真。 为了达到更好的传输效果，对于紫外波段的模块，固体玻璃主体被换为中空主体并与
Modern Physics 现代物理, 2020, 10(5), 73-78 Published Online September 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/e512328788.html,/journal/mp https://https://www.doczj.com/doc/e512328788.html,/10.12677/mp.2020.105008 硅光电二极管的光谱响应测量及其响应 时间研究 曾丽娜，李林*，李再金，杨红，李功捷，赵志斌，李志波，乔忠良，曲轶，刘国军 海南师范大学，物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南海口 收稿日期：2020年8月11日；录用日期：2020年8月27日；发布日期：2020年9月3日 摘要 在气流和温度稳定，卤素灯照明为背景光的环境下，当硅光电二极管未达到最大响应时测量了硅光电二极管对入射光波长为400 nm至1050 nm的光谱响应。分析了硅光电二极管的光谱响应的影响条件和硅光电二极管的光谱响应规律。在测光电路中采用不同的负载电阻和偏置电压测试硅光电二极管的响应时间，解释了硅光电二极管的物理特性。 关键词 硅光电二极管，光谱响应，时间响应 Study on Measurement of Spectral Response and Response Time of Silicon Photodiodes Lina Zeng, Lin Li*, Zaijin Li, Hong Yang, Gongjie Li, Zhibin Zhao, Zhibo Li, Zhongliang Qiao, Yi Qu, Guojun Liu Key Laboratory of Laser Technology and Optoelectronic Functional Materials of Hainan Province, College of Physics and Electronic Engineering, Hainan Normal University, Haikou Hainan Received: Aug. 11th, 2020; accepted: Aug. 27th, 2020; published: Sep. 3rd, 2020 Abstract The spectral response of Silicon photodiodes with incident light wavelengths of 400 nm to 1050 nm is measured when Silicon photodiodes do not reach maximum response in the background *通讯作者。
Description Applications Zener diodes fabricated in a proprietary silicon avalanche technology protect each I/O pin to provide a high level of protection for electronic equipment that may experience destructive electrostatic discharges (ESD). These robust diodes can safely absorb repetitive ESD strikes at ±30kV (contact discharge, IEC 61000-4-2) without performance degradation. Additionally, each diode can safely dissipate 7A of 8/20μs surge current (IEC61000-4-5) with very low clamping voltages. Features ? ESD, IEC61000-4-2, ±30kV contact, ±30kV air ? EFT , IEC61000-4-4, 40A (5/50ns) ? Lightning, IEC61000-4-5, 7A (8/20μs) ? Low leakage current of 100nA (MAX) at 5V ? Tiny SOD723/ SOD882 (JEDEC MO-236) package saves board space ? Fits solder footprint of industry standard 0402 (1005) devices ? A EC-Q101 qualified (SOD882 package) ? Mobile phones ? Smart phones ? PDAs ? Portable navigation devices ? Digital cameras ? Portable medical devices Pinout Functional Block Diagram Life Support Note: Not Intended for Use in Life Support or Life Saving Applications The products shown herein are not designed for use in life sustaining or life saving applications unless otherwise expressly indicated.Application Example Signal I/O port B1Ground B2B3B4 1 2 SOD882 (AEC-Q101 qualified)
基于光电二极管反偏的光电检测电路的噪声分析 发表时间：2017-03-09T11:18:47.780Z 来源：《电力设备》2017年第1期作者：王风敏 [导读] 在光电检测电路设计时，应该尽可能地减小噪声，从而提升系统的检测分辨率和信噪比。 （池州学院安徽池州 247100） 摘要：噪声是目前影响光电检测电路检测性能的重要因素，在光电检测电路设计时，应该尽可能地减小噪声，从而提升系统的检测分辨率和信噪比。为此，本文就对基于光电二极管反偏的光电检测电路的噪声进行了分析，首先简单介绍了光电二极管检测电路，然后对基于光电二极管反偏的光电检测电路设计进行了分析，随后探讨了光电检测电路的噪声，最后提出了光电检测电路的总噪声及低噪声的设计原则，旨在为低噪声光电检测电路的设计提供帮助。 关键字：噪声；光电检测电路；光电二极管；反偏 引言 现如今，光电检测技术已经被广泛地应用于诸多领域，从理论的角度分析而言，利用光电检测电路能够将任何存在光辐射信号地方的信号检测出来。然而，在实际检测过程中，经光电二极管转换的光电信号是非常微弱的，经常出现被检测信号被噪声淹没的情况，严重影响的光电检测电路的检测能力。因此，对光电检测电路的噪声进行分析具有非常重要的意义。 1.光电二极管检测电路 1.1光电二极管工作原理 光电二极管主要是利用半导体通过光电效应实现光信号到电信号的转换。受热运动的影响，耗尽层两侧没有电场的中性区域内有一些以扩散运动方式的空穴与光生电子进入到耗尽层，然后受电场的作用形成扩散电流，且方向与漂移电流相一致。光生电流为扩散电流分量与漂移电流分量的总和。所以，当N层和P层的连接电路打开时，在它们的两端会产生一定的电动势，而该效应则被称之为光电效应。当P 层与N层的连接电路出现闭合时，N区的过剩电子与P区的空穴电流会相互流动，从而形成一种光生电流。光生电流会随着入射光的变化而进行线性改变，从而实现光信号到电信号的转变。 1.2低噪声光电检测线路设计的意义 通常情况下，通过光电二极管转换而得到的光电信号是较为微弱的，且在光电信号的检测极易受到噪声的干扰。实际情况表明，当通过光电来检测相关线路时，其中光电转换器件的前置放大电路噪声往往会对整个系统产生较为严重的影响，因此，要想提升系统的检测分辨率和信噪比，在设计光电检测电路时，必须尽量地降低噪声。 1.3噪声的实用性分析 通过分析光电检测电路中噪声产生的原因，并对其噪声特点进行分析，并针对电路设计过程中有可能出现的所有问题，尽可能地降低电路噪声，从而确保西戎检测分辨率与信噪比的提高。现如今，诸多领域中都涉及到了微弱光信号的检测，当然检测方法也是各式各样的，但就实际应用效果来看，一部分常用检测方法的灵敏度不是很高，在工作中往往无法满足相关要求，而利用光电技术对微弱信号进行检测，具有较高的精度和稳定性。 2.基于光电二极管反偏的光电检测电路设计 光电二极管的工作状态在光电检测电路中存在反偏、无偏、正偏三种。当光电二极管处于反偏状态时，在反偏偏压的作用下，光生截流子的运动会加快，与其它两种状态相比较而言，所产生的光电流更大，更有利于弱光条件下的检测。本文所研究的基于光电二极管反偏的光电检测电路的设计思路为：首先采用光电二极管连接反向高压，对微弱光信号进行探测，实现光信号到电流信号的转换；然后，再利用三极管实现电信号的流压转换；最后，再通过运算放大器来放大电压，从而完成对弱光信号检测。光电检测电路中的所有期器件都不可避免会产生相应的噪声，从而对整个电路的噪声输出产生不良的影响，下面本文就电路的噪声进行进一步分析。 3.光电检测电路的噪声 3.1光电二极管的噪声 （1）热噪声。热噪声指的是导电材料两端因其中截流子的不规则热运动而产生涨落的电流或电压，并且电流或电压的涨落是随机的。材料的噪声等效带宽、电阻及温度是决定材料热噪声电压的主要因素，其中电阻是主要的热噪声源，在电阻不变的情况下，减少温度及噪声等效带宽能够使热噪声得到有效地减少。 （2）散粒噪声。散粒噪声是指导电材料中由于光生截流子流动与形成密度的涨落而产生的噪声，散粒噪声电流和电压均方值取决于通过光电二极管的电流和噪声带宽，并且散粒噪声电压与电流的均方值与电流及噪声带宽呈正比例关系，减少电流和噪声带宽能够使散粒噪声得到有效地降低。在光电检测电路中，散粒噪声电流与热噪声电流是相互独立的，总电流的均方值为散粒噪声电流均方值与热噪声电流均方值之和。 3.2三极管的噪声 三极管的噪声主要取决于工作电流、发射结阻抗以及基区电阻等参数，光电检测电路设计时，应该选用噪声系数较小的三极管，同时，在对负载电阻的阻值进行确定时，需要对噪声与三极管静态放大倍数之间的关系进行充分地考虑，从而实现电路设计优化。 3.3运算放大器的噪声 光电检测电路中的运算放大器是由电容、电阻、晶体管等集成的，其中电阻和晶体管分别会产生相应的热噪声和散粒噪声。运算放大器的输出噪声电压与其自身的增益、带宽、模型以及反馈电阻等因素有关。在光电检测电路设计时，其它需求条件都满足的情况下，运算放大器应尽可能地选用小的，同时放大倍数确定后，对电路阻值进行调整时，应尽可能地减少反馈电阻的阻值，从而实现电路噪声的减少。 4.光电检测电路的总噪声及低噪声的设计 通过上文分析，我们不难得出光电检测电路主要包括光电二极管、三极管流压转换以及运算放大器三个模块，在对整个电路的噪声进行分析时，必须对这三部分进行级联。除与电路器件自身相关之外，光电检测电路的输出噪声电压还与其它众多因素相关联。（1）从理论的角度来看，三极管的负载电阻与其静态增益的并联值越小，电路噪声越小，越有利于检测，然而随着负载电阻与静态增益的减小，输出信号也在随之变小。因此，在实际条件过程中，应该首先尽可能地满足负载电阻的值，然后再结合负载电阻对静态增益进行调节。（2）从
第20卷 第5期 许昌师专学报 Vol.20.No.5 2001年9月 JOURNAL OF XUCHANG TE AC HERS C OLLE GE Sep.,2001 文章编号:1000-9949-(2001)05-0019-04 硅光电二极管在光电检测电路中的应用研究 付文羽,彭世林 (庆阳师范高等专科学校物理系,甘肃西峰745000) 摘 要:分析了光电检测时硅光电二极管线性响应及噪声特性,给出了硅光电二极管的线性 度及信噪比公式,并结合噪声E n—I n模型[1],对光电二极管用于光电检测时影响电路信噪比的 因素进行了探讨. 关键词:光电检测;信噪比;噪声模型 中图分类号:TN710.2 文献标识码:A 0 引言 硅光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中,尤其在激光通讯测量中,通常要测量微瓦以下的光信号,就更离不开硅光电二极管.质量好的硅光二极管用于激光功率测量时,测量下限可达10-8W,分辨率可达10-12W.在许多场合,光电检测电路接收到的是随时间变化的光信号,其特点是:单一频率或包含着丰富的频率分量的交变信号,当信号很微弱时,由于背景噪声和电路热噪声的影响,还需要对信号进行低噪声处理、放大.因此,在交变光电信号作用下,怎样正确选择硅光电二极管的参数,以获得最小非线性失真信号及信号检测的灵敏度就成为人们所关心的问题. 1 硅光电二极管的基本结构及等效电路 光电二极管是一种光电转换器件,其基本原理是当光照射在P—N结上时,被吸收的光能转变为电能,这是一个吸收过程,与发光二极管的自发辐射和激光二极管的受激幅射过程相逆.P—N型硅光电二极管是最基本和应用最广的管子.基本结构如图1所示,它是在N型硅单晶片的上表面扩散一薄层P型杂质,形成P+型扩散层.由于扩散,在P+区和N型区形成一个P+N结.P+区是透明的,光子可以通过P+区到达PN结区产生光电子.在N型硅单晶下表面扩散N型杂质以形成高浓度的N+扩散区,以便给金属电极提供良好的电接触.另一种常用的硅光电二极管是P—I—N型硅光电二极管,其结构同P—N型类似.位于P层和N层之间的耗尽层由本征半导体构成,可以提供一个较大的耗尽深度和较小的电容,适合于反向偏压工作.硅光电二极管的等效电路如图2所示,图中I s为电流源,它是硅光电二极管接收辐射后所产生的光电流I p和暗电流I d以及噪声电流I n之和,即: 图1 平面扩散型PN结光电二极管结构图图2 硅光电二极管等效电路 收稿日期:2001-03-19 作者简介:付文羽(1963-),男,甘肃宁县人,庆阳师专物理系讲师,工程硕士,主要从事光电检测与传感技术应用研究.
本设计主要阐述了分析二极管在光伏阵列的作用。根据太阳电池的仿真模型，建立光伏阵列的仿真模型，分析计算二极管在阵列中的作用。得出二极管在光伏阵列中的作用是：1防夜间蓄电池给太阳能组件反充，2防蓄电池反接负载。 关键字二极管光伏矩阵太阳能组件防反冲反接负载
摘要 (2) 绪言 (4) 一.光伏阵列 (5) 1.1二极管阵列检测器 (5) 1.2二级管阵列检测器的工作原理 (6) 1.3二级管阵列检测器优缺点 (6) 二.光伏阵列中二极管的种类及作用 (6) 三.光伏阵列中二极管作用及原理分析 (8) 四.光伏阵列在未来的发展 (9) 参考文献10
随着全球气候变暖、污染问题日益严重，从传统能源向可再生能源的转变势在必行。太阳能光伏技术（Photovoltaic）是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极。阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。阳光强度越大，电流就越强。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电。其优点有：燃料免费、没有会磨损、毁坏或需替换的活动部件、保持系统运转仅需很少的维护、系统为组件，可在任何地方快速安装、无噪声、无有害排放和污染气体等。其中太阳能作为可再生能源的重要部分，最近几年已经得到了很广泛的应用，如何提高太阳能的利用效率成为研究热点之一。本文首先从晶体硅太阳电池的等效电路图入手，根据电路分析的知识求解出等效电路伏安特性的数学表达式，建立光伏组件和阵列仿真模型，分析二极管在太阳电池、组件及阵列中的作用，及其导通电压的大小对光伏应用效果的影响，其分析结果具有较好的实践价值。
光电脉搏检测电路设计报告 脉搏波的概述 1.脉搏波的定义 脉搏波是以心脏搏动为动力源, 通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时, 有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内, 使得该处的弹性管壁被撑开,此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能; 心脏停止收缩时, 扩张了的那部分血管也跟着收缩, 驱使血液向前流动, 结果又使前面血管的管壁跟着扩张, 如此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似, 因此称为脉搏波(pulse wave) 。 2.脉搏信息 血液在人体内循环流动过程中，经历过心脏的舒张、内脏流量的涨落、血管各端点的阻滞、血管内波的折一反射以及血管壁的黏弹等过程。脉搏波不仅受到心脏状况的影响，同时要受到内环境调控功能器官(脏器) 状态所需血液参数以及系统状态参数等的影响。所以脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。 3.脉搏测量的意义 脉搏是临床检查和生理研究中常见的生理现象，包含了反映心脏和血管状态的重要生理信息。人体内各器官的健康状态、病变等信息将以某种方式显现在脉搏中即在脉象中。人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。通过对脉搏波检测得到的脉波图含有出许多有诊断价值的信息，可以用来预测人体某些器脏结构和功能的变换趋势，如:血管几何形态和力学性质的变异会引起脉搏波波形和波速等性质的改变，而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 设计目的与意义 ?目的 应用光电式传感器、放大滤波电路组成的脉搏测量电路 通过示波器显示人体指端动脉脉搏信息 ?意义 通过观测到的脉搏的次数、跳动的波形为临床提供部分 诊断价值的信息，为人体某些器脏结构和功能的变换趋势提供生理参考信号 系统设计 1.测量信号的特征
光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中,光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换,但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景,单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理,然后如果读者有机会的话,可以运行一个SPICE模拟程序,它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法 是将一个光电二极管跨接在一个CMOS输入 放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种 方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中,光电二极管工作于光致电压 （零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之 产生的电流I SC从负极流至正极,如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高,二极管产生的电流将流过反馈电阻R F。输出电压会随着电阻R F两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压,即 V OUT = I SC×R F（1） 图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中,V OUT是运算放大器输出端的电压,单位为V;I SC是光电二极管产生的电流,单位为A;R F是放大器电路中的反馈电阻,单位为W 。图1中的C RF是电阻R F的寄生电容和电路板的分布电容,且具有一个单极点为1/（2p R F C RF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件R F。用这个模拟程序,激励信号源为I SC,输出端电压为V OUT。 此例中,R F的缺省值为1MW ,C RF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后,传输函数中的极点等于1/（2p R F C RF）,即318.3kHz。改变R F 可在信号频响范围内改变极点。
?光电二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。许多精密应用领域需要检测光亮度并将之转换为有用的数字信号。光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、红外高温计和色谱分析仪等系统中。在这些电路中，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换，但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。为了进一步扩展应用前景，单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。 本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。首先探讨电路工作原理，然后如果读者有机会的话，可以运行一个SP IC E模拟程序，它会很形象地说明电路原理。以上两步是完成设计过程的开始。第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。 1 光检测电路的基本组成和工作原理 设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个CMOS 输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。 在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻RF。输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。 图中的放大系统将电流转换为电压，即 VOUT = ISC ×RF （1）
图1 单电源光电二极管检测电路 式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。用这个模拟程序，激励信号源为ISC，输出端电压为VOUT。 此例中，RF的缺省值为1MW ，CRF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后，传输函数中的极点等于1/（2p RFCRF），即318.3kHz。改变RF可在信号频响范围内改变极点。 遗憾的是，如果不考虑稳定性和噪声等问题，这种简单的方案通常是注定要失败的。例如，系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出，更坏的情况是电路可能会产生振荡。如果解决了系统不稳定的问题，输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。 实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。第二是分析稳定性。然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声，根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。 这种电路中有三个设计变量需要考虑分析，它们是：光电二极管、放大器和R//C反馈网络。首先选择光电二极管，虽然它具有良好的光响应特性，但二极管的寄生电容将对电路的噪声增益和稳定性有极大的影响。另外，光电二极管的并联寄生电阻在很宽的温度范围内变化，会在温度极限时导致不稳定和噪声问题。为了保持良好的线性性能及较低的失调误差，运放应该具有一个较小的输入偏置电流（例如CMOS工艺）。此外，输入噪声电压、输入共模电容和差分电容也对系统的稳定性和整体精度产生不利的影响。最后，R//C反馈网络用于建立电路的增益。该网络也会对电路的稳定性和噪声性能产生影响。 2 光检测电路的SPICE模型
光电检测技术中的微弱光信号前置放大电路设计< 0引言 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术［1］。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示［2］。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的［3］。然后采用电子学、信息论、onclick=kwC(event,0) onmouseout=kwL(event,this)> 计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中 onclick=kwC(event,1) onmouseout=kwL(event,this)>提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。 1 光电检测电路的基本构成 光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框图如图1所示。 2 光电二极管的工作模式与等效模型 2．1 光电二极管的工作模式 光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。 一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。 2．2 光电二极管的等效电路模型
光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 原理： 普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 PN型 特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 PIN型 特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 检测方法 ①电阻测量法 用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10MΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 ②电压测量法 用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。 ③短路电流测量法 用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。 主要技术参数： 1.最高反向工作电压； 2.暗电流； dark current 也称无照电流光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。此外在生理学方面，是指在无光照时视网膜视杆细胞的外段膜上有相当数量的Na离子通道处于开放状态，故Na离子进入细胞内，形成一个从外段流向内段的电流，称为暗电流（dark current）。暗电流是指器件在反偏压条件下,没有入射光时产生的反向直流电流.(它包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流.) 所谓暗电流指的是光伏电池在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流
二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)在食品添加剂检测中的作用 食品是人类赖以生存和发展的物质基础,食品分析与其他领域化学分析的不同之处在于食品种类多样、成分复杂、基质干扰严重,因此,准确可靠的检验结果是正确评价食品质量和保障食品安全的先决条件。传统的紫外检测器每次进样只能完成单一波长扫描,而利用二极管阵列检测器可以在一次程序运行中进行190 nm~800 nm之间的全波长立体扫描,并可在数据采集完成后显示某一波长的色谱图。因此可以实现利用被测物质的光谱吸收曲线的模式图形状、最大吸收波长、色谱峰纯度分析、导数光谱辅助定性及快速选择最佳检测波长等方面的优势,从而弥补利用单一紫外波长吸收进行色谱分析过程中,单独采用色谱峰保留时间定性的不足,增强高效液相色谱定性分析能力[1-2]。苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸和安赛蜜、糖精是加工食品中最常用的防腐剂和甜味剂,因受到食品复杂基质干扰,在样品检测过程中单纯依靠色谱峰保留时间来定性常常会出现杂质干扰造成假阳性,影响检测结果的准确性。因此结合5种常见食品添加剂检测分析的具体实例,探讨二极管阵列检测器在利用被测物质与标准样品紫外吸收光谱曲线及其二阶导数图形模式比较来识别色谱峰以及对色谱峰进行纯度分析等方面的应用,排除二极管阵列检测器(Diode Array Detector,DAD)能够对被测物质进行全波长扫描,在物质定量尤其是定性分析方面显示独特的优势。以食品中常见的3种防腐剂(苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸)及两种甜味剂(安赛蜜、糖精)的检测为实例,介绍利用DAD检测器获得被测物质的紫外吸收光谱及其导数光谱、色谱纯
摘要 设计了一种应用于微光夜视仪检测设备中低噪声的光电检测系统，分析了电路中产生的主要噪声，并提出了抑制方法。系统采用光敏二极管作为光电检测器件，并利用单片机实现了光照度的实时显示与超差报警以及与上位机的通信。关键词：单片机；光电检测电路；光电二极管 Ａｂｓｔｒａcｔ Ａｌｏｗｎｏｉｓｅｌｉｇｈｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｎｏｉｓｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｔｕｄｙｈｏｗｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｍ．Ｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｉｓｕｓｅｄａｓｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒ，ａｎｄａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｉｓｐｌａｙｏｆｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｌａｒｍａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｐhｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ． 0 引言 夜视技术在军事、工业、农业、科学研究、医药卫生等领域有着广泛的应用，特别是在军事方面的需求是夜视技术发展的原动力。在现代战争中，为了提升战争的突然性以及扩大战争的时间范围和空间范围，需要部队在星光或月光等微弱光照度情况下对战场进行侦查和监控，这就必须依靠夜视技术，所以，微光夜视仪设备的可靠性将直接影响到军队的战斗力。要确保每一个装备的夜视仪都是合格的，就对检测设备的技术指标提出了很高的要求。为模拟实际中的夜天光环境，在微光夜视仪检测设备中的光源要求色温为２８５６Ｋ，光照度的变化不超过±１０％。光应力源是否符合要求直接决定了整套系统工作的稳定性及判断结果的准确度，所以，为了保证检测设备的检测精度以及检测结果的准确性，要求对光源的照度变化进行实时监测。当光源变化超出规定范围时，能够及时报警，提示进行设备维修或光源的更换。 １系统设计与工作原理 系统主要包括：光电检测电路、光照度显示模块、超差报警模块、串口通信模块。具体原理是通过光电检测电路将采集到的外界自然光转换为相应的直流电压信号，再通过ＡＤＣ将电压信号转换为数字信号送入单片机，单片机将数据进行补偿算法获得精确的实际采样值，控制数码管显示实时光照度，一旦光照度不符合设计指标，则通过报警灯及蜂鸣器进行报警，同时，通过ＲＳ２３２串口与上位机进行通信。系统原理框图如图１所示。
高效液相色谱仪的研制与技术开发 --新型二极管阵列检测器 洪群发张庆和李彤张维冰张玉奎 （大连依利特分析仪器有限公司，中国科学院大连化学物理研究所，大连，116011） 摘要：介绍一种新型的高效液相色谱二极管阵列检测器。该仪器采用光纤传导技术和全封闭光学系统，具有较高的光谱分辨率和检测灵敏度。采用虚拟设备驱动技术配合功能强大的数据处理系统可为用户提供色谱、光谱，三维谱图及色谱峰纯度等大量的信息。 关键词：高效液相色谱；二极管阵列检测器；虚拟设备驱动 Research and Developmemt on High Performance Liquid Chromatographic Instruments --A Novel Diode Array Detector Hong Qunfa, Zhang Qinghe, Li Tong, Zhang Weibing, Zhang Yukui (Dalian Elite Analytical Instrument Ltd. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science, Dalian, 116011) Abstract: A novel diode array detector (DAD) for high performance liquid chromatography (HPLC) was introduced. A full-closed optical system and quartz light fiber based transmission technique were used in the instrument, and high spectral resolution and detect sensitivity were obtained. Virtual device driving technique was used, and combined with the powerful data system, the instrument can provide a lot of information including chromatogram, spectra of components, three dimension information and peak purity results. Key words:High performance liquid chromatography; Diode array detector; Virtual device driving
光电检测技术课程设计 光电脉搏检测电路题目: 小组人员姓名: 专业: 班级: 小组人员学号: 指导教师: 年月日
光电脉搏检测电路 摘要：本电路由光电池、放大器等构成，实现对光电脉搏信号的提取和放大。采用目前效果较好光电池的电流转电压电路实现对脉搏的测量。整个电路的简化能够有效减小器件间匹配和级联引起的干扰，提高脉搏测量精度。在实验测试过程中，采用该光电式脉搏传感器对人体的脉搏进行实时测量，得到比较理想的脉搏波形，为实现脉搏信息的提取和分析提供了参考方案。 一、系统设计 1．系统目标设计及意义 设计制作一个光电脉搏测试仪，通过光电式脉搏传感器对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号，并在显示器上显示所测的脉搏跳动波形，要求测量稳定、准确、性能良好。 2．设计思想 （1）传感器：利用指套式光电传感器，指套式光电传感器的换能元件用硅光电池,由于心脏的跳动,引起手指尖的微血管的体积发生相应的变化（当心脏收缩时，微血管容积增大；当心脏舒张时,微血管容积减少），当光通过手指尖射到硅光电池时,产生光电效应,两极之间产生电压由于指尖的微血管内的血液随着心脏的跳动发生相应于脉搏的容积变化,因而使光透过指尖射到硅光电池时也发生相应的强度变化, 而非血液组织(皮肤、肌肉、骨格等)的光吸收量是恒定不变的, 这样就把人体的脉搏(非电学量) 转换为相应于脉博的电信号, 方便检测。（2）按正常人脉搏数为60~80次/min，老人为100~150次/min，在运动后最高跳动次数为240次/ min设计低通放大器。5Hz以上是病人与正常人脉搏波体现差异的地方，应注意保留。 （3）测量中考虑到并要消除的干扰有：环境光对脉搏传感器测量的影响、电磁干扰对脉搏传感器的影响、测量过程中运动的噪声还有50Hz干扰。 （4）由于透过指尖射到硅光电池的光强很小，输出短路电流约为0.1uA～3 uA，所以总共放大106倍以便于观察。传感器得到的脉搏信号极为微弱，很容易淹没在噪声及干扰信号之中，所以对取得的微弱信号先进行放大后再滤波。设计两极放大，因为三级放大个别电路板的零点漂移大得足以达到满幅，测量不准确。每个单级放大器的放大倍数不大于30，以免自激振荡。
基于光电二极管检测电路的噪声分析与电路设计 张俊杰 （汉口学院机电工程学院,湖北武汉,430000） 摘要：光电二极管可以将光信号转化为电信号，它主要是通过半导体PN结的光电效应来实现这一转化步骤的。通过光电二极管对电路的噪声进行检测具有重要意义，就主要分析光电二极管对电路的噪声检测的价值，同时简单的分析相关的电路设计问题，希望所得结果能够为相关领域提供有价值的参考。 关键词：光电二极管；电路噪声；电路设计 Noise analysis and circuit design based on photodiode detection circuit Zhang Junjie （School of mechanical and electrical engineering, Hankou College HubeiWuhan,430000） Abstract：The photodiode can be light signals are converted to electrical signals.It is mainly through the photovoltaic effect of semiconductor pn junction to achieve the conversion step.Through the photoelectric diode on the circuit noise detection has important significance is an analysis of the value of photoelectric diode on the circuit noise detection,and simply analysis related circuit design problems, I hope the results could provide valuable reference for the related fields. Keywords：photodiode;circuit noise;circuit design 1 光电二极管检测电路噪声的分析 1.1 光电二极管的工作原理 光电二极管通过光信号转换为电信号，其主要通过半导体 PN结来实现这一光电效应。耗尽层两侧没有电场的中性区内，因 为热运动的影响，存在一部分光生电子与空穴以扩散运动的方式 进入耗尽层，之后在电场的作用之下，形成和漂移电流方向相同 得扩散电流。漂移电流的分量和扩散电流的分量总和就是光生电 流、。因此，当P层与N层的连接电路打开的时候，它们的两端会 产生一定的电动势，而这种效应便被称之为光电效应。如果连接 的电路出现闭合，那么N区域内的过剩电子会通过外部电流区域 流向P区，同理也可以得出，P区的空穴电流也会留下N区，这 样便会形成一种光生电流，当其入射光发生变化的时候，光生电 流会随着变化进行线性改变，能够将光信号转化为电信号。 1.2 光电二极管的低噪声光电检测电路设计的意义 通过光电二极管的转换，一般情况下，其转换而得的电信号 比较弱，但这种微弱光电信号检测的光电流一般为nA~μa级别 的，而在检测微弱光电信号的时候，光电信号很容易受到噪声的 干扰。如果带检测的光信号非常微弱，那么可能会对电路的线性 和信噪比的要求产生影响，而电路的线性和信噪比要求一般情况 下较高。有研究表明，采用光电对相关电路进行检测的时候，光电 转换器件的前置放大电路噪声对于系统造成等影响较大。比如 说，在靶场测试当中，弹丸的射击密度一般是对低伸弹道武器性 能进行评价的一个重要指标。但是在当前，国内的靶场一般采用 密集度测量等方法进行测量，而且这类方法有很多，较为先进的 方法是通过光电靶进行测量。在进行光电检测电路的设计时，需 要尽可能的降低噪声，以此来提升系统的信噪比和检测分辨率。 同时也有研究表明，在进行光电检测电路的时候，因为光电 转换器与前置放大电路的噪声比会对系统造成较大的影响，但是 其对于噪声源的分析与设计，以及对低噪声光电检测电路的理论 论述并不全面。因此需要对基于光电二极管光电检测电路中噪声 所产生的原因、特点进行分析，同时提出低噪声光电二极管检测 电路的相关设计。这能够在测试中，降低电路的噪声，提高检测的 精度，是良好的低噪声光电检测电路的设计在各个方面都能够发 挥出较好的应用。 1.3 光电二极管检测电路噪声的实用性分析 采用光电二极管的光电检测对电路中的噪声产生原因进行 分析，评价其噪声的特点，针对设计的过程所出现的各种问题， 提出在低噪声光电二极管检测电路设计时候的设计方法。所以在 设计光电检测电路的时候，需要尽量的减少噪声，提高系统的信 噪比和检测分辨率。微弱的光信号检测在许多领域当中都有所涉 及，其检测的方法也具有多样性，但一般常用的方法都因为灵敏 度有限，难以满足相关的要求，采用光电技术检测微弱光信号具 有较高的精度，其稳定性也相对较好。 2 光电二极管检测电路噪声的电路设计研究 2.1 分析电路的噪声 因为导电材料当中载流子的不规则热运动，使得在材 料两端所产生的随机涨落电压或电流称之为热噪声。热噪 声的电压均值一般取决于材料的温度电阻和噪声的等效带 宽，它的一般关系是主要为“”，在这个式 子当中，K是玻尔兹曼常数，T是材料的绝对温度，R（f）是 供电电路检测当中的总电阻随频率f的变化关系。在纯电阻 情况下，R（f）和频率不相关，所以会有 “”，如果 T=300K，那么KT=4.14×10-21J，这时候电阻的热噪声电压和 热噪声电流的均值分别为“”和 “”。在这个事当中，f是噪声的等DOI:10.16520/https://www.doczj.com/doc/e512328788.html,ki.1000-8519.2016.06.015