4-3光电探测器的放大电路

光电探测器的应用原理图1. 什么是光电探测器光电探测器是一种将光信号转换为电信号的设备，主要用于检测、测量和控制光信号。

它通常由光敏元件和电子电路组成，能够将光能转化为电能，并产生相应的电信号输出。

2. 光电探测器的应用领域光电探测器在科学研究、工业生产以及日常生活中有着广泛的应用。

以下列举了几个常见的应用领域：•光通信：光电探测器作为光通信系统的重要组成部分，用于接收和解码光信号，实现高速、高效的光通信传输。

•星载天文观测：光电探测器可用于接收并记录遥远星系的光信号，从而帮助科学家研究宇宙的起源和演化。

•安全监控：光电探测器可用于安全监控系统中，通过检测光信号的变化来实现入侵检测、运动跟踪等功能。

•医学影像：光电探测器在医学领域中的应用包括光电子显微镜、光学成像系统等，能够提供高分辨率的生物组织影像。

•环境监测：光电探测器可用于测量环境中光敏物质的浓度，例如水中溶解氧浓度的监测、大气中颗粒物浓度的监测等。

3. 光电探测器的工作原理光电探测器的工作原理主要涉及光敏元件的光电效应和电子电路的信号处理。

以下是光电探测器的基本工作原理：1.光电效应：光敏元件通常采用半导体材料，如硅(Si)、锗(Ge)等。

当光线照射到光敏元件表面时，光子能量会激发出载流子，使得光敏元件在电场作用下产生电流。

2.光电转换：光电探测器通过光敏元件将光能转化为电能，产生电流或电压信号。

这些信号可以进一步被电子电路进行放大、滤波和处理。

3.信号处理：光电探测器的电子电路通常包括前置放大器、滤波器和信号处理器等。

前置放大器负责放大弱信号，滤波器用于去除噪声干扰，信号处理器则对信号进行调整、解码与分析。

4. 光电探测器的基本组成光电探测器通常由光敏元件和电子电路两部分组成。

以下是光电探测器的基本组成：•光敏元件：光敏元件是光电探测器的核心部分，负责将光信号转换为电信号。

常见的光敏元件有光电二极管、光敏电阻、光电二极管阵列等。

•电子电路：电子电路包括前置放大器、滤波器和信号处理器等部分，用于放大、滤波和处理光电转换后的电信号。

微弱光信号的光电探测放大电路的设计对于各种微弱的被测量，例如弱光、弱磁、弱声、小位移、小电容、微流量、微压力、微振动和微温差等，一般都是通过相应的传感器将其转换为微电流或低电压，再经放大器放大其幅值以反映被测量的大小。

但是，由于被测量的信号很微弱，传感器的本底噪声、放大电路及测量仪器的固有噪声以及外界的干扰往往比有用信号的幅值大的多，同时，放大被测信号的过程也放大了噪声，而且必然还会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和外部干扰的影响，因此，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅值，才能提取出有用信号。

本文针对检测微弱光信号的光电二极管放大电路，综合分析了其电路噪声、信号带宽及电路稳定性，在此基础上设计了一种低噪声光电信号放大电路，并给出电路参数选择方法。

1 基本电路光电二极管作为光探测器有两种应用模式如图1所示。

(1)光伏模式，如图1 (a)。

此时，光电二极管处于零偏置状态，不存在暗电流，低噪声，线性度好，因而适于精密领域。

本文就是以这种模式为例进行分析，实际应用中，这个电路一般还需在Rf上并联一个小电容Cs，从而使电路稳定。

(2)光导模式，如图1(b)。

这种模式需要给光电二极管加反向偏置电压，因而存在暗电流，产生噪声电流，同时因为非线性，一般应用在高速场合。

当光照射到光电二极管时，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流Ip，该电流流过跨接在放大器负输入端和输出端的反馈电阻Rf，将运算放大器视为理想放大器，根据理想运算放大器输入端的“虚断”特性，从而有E0=IpRf。

可以看出，光电二极管放大电路实际上是一个I／V转换电路。

这个电路看起来非常简单，只需一个反馈电阻，一个光电二极管和一个放大器便可实现。

从输出电压的线性表达式很容易推出，使反馈电阻Rf增大，将使得输出电压也成比例的增大。

经之前分析时，一般给出其典型值为100MΩ。

在下面的分析我们将看到，反馈电阻不但影响信号的带宽，而且影响整个电路噪声。

四象限光电探测器的电路设计方案一、原理四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。

一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。

当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上（也就知道了目标的方位），若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。

图1 目标在四象限光电探测器上成像图2方位探测器原理框图。

信号通过放大和调理后由由A/D转换器（本系统中采用ADS7864）采样转换成数字量送入单片机，由单片机处理后得到目标的方位，并根据实际系统的需要输出方位控制指令。

二、电路设计根据实际系统的需要，A/D转换器用ADS7864，单片机用最常见的89C51。

这里对ADS7864作一介绍。

ADS7864是TI公司生产的12bit高性能模数转换器，片上带2.5V基准电压源，可用作ADS7864的参考电压。

每片ADS7864实际由2个转换速率为500ksps 的ADC构成，每个ADC有3个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，2个ADC组成3对模拟输入端，可同时对其中的1～3对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。

由于6个通道可以同时采样，很适合用来转换四象限光电探测器的4路光电信号，剩下2个通道作系统扩展用。

*下面主要介绍电路中的信号采样转换和处理部分。

ADS7864前端调理电路模数转换器的前端调理电路缩放和平移要采样的信号，通过调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。

图3是ADS7864一个输入通道的前端调理电路，图3 ADS7864前端调理电路ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V～+5.3V（ADS7864 +5V 供电）。

图3的电路中使用了2个运放，A1用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源；A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1～R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移以适合ADS7864模拟通道的输入要求。

光电探测器的应用电路原理1. 引言光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、光电测量以及光学成像等领域。

在光电探测器的应用中，合理设计和配置电路是至关重要的。

本文将介绍光电探测器的应用电路原理，以帮助读者更好地理解和应用光电探测器。

2. 光电探测器的基本原理光电探测器是基于光电效应的原理，通过光的照射使其内部产生电荷，从而实现光信号到电信号的转换。

光电探测器的基本原理包括光电效应的发生、电荷的收集和信号放大等过程。

光电探测器的种类较多，包括光电二极管、光电三极管、光电管等，它们的工作原理略有不同，但基本原理相似。

3. 光电探测器的应用电路3.1 光电转换电路光电转换电路是将光电探测器输出的微弱电流或电压信号转换为可用的电压或电流信号。

常见的光电转换电路包括放大电路、滤波电路和比较电路等。

放大电路通过使用放大器将微弱的光电信号放大到足够的幅度，以便进一步处理。

滤波电路通过滤波器去除噪声和杂散信号，提高系统的信噪比。

比较电路可以用来检测光电信号的强弱，实现光电探测器的自动控制。

3.2 光电探测器的驱动电路光电探测器的驱动电路用于为光电探测器提供适当的工作电压和电流。

它通常包括稳压电路和驱动放大器等部分。

稳压电路可以为光电探测器提供稳定的工作电压，防止由于电源波动引起的测量误差。

驱动放大器可以用来放大光电探测器输出信号，以便进一步处理或传输。

3.3 光电探测器的信号处理电路光电探测器输出的信号需要经过信号处理电路进行滤波、放大、采样等操作，以提取有效信号并去除噪声。

信号处理电路常用的组成部分包括滤波器、放大器、模数转换器和数字信号处理器等。

滤波器可以用来滤除不相关的频率成分，提高信号质量。

放大器可以放大信号的幅度，使其能够被后续的电路处理。

模数转换器将模拟信号转换为数字信号，方便数字信号的处理和分析。

3.4 光电探测器的反馈电路光电探测器的反馈电路用于提高光电探测器的性能，包括增加稳定性、降低噪声以及增大动态范围等。

光电探测器的工作原理
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，其工作原理主要依靠光电效应的作用。

光电效应是指当光照射到物质表面时，能量足够高的光子会与物质中的电子发生相互作用，将一部分能量传递给电子，使电子从物质中解离出来，形成自由电子。

这些自由电子在电场的作用下会产生电流，从而实现光信号到电信号的转换。

具体而言，光电探测器通常由光敏电极和电路系统组成。

光敏电极是一种能够吸收光能并产生电流的材料，常见的有硅(Si)、硒化铟(InSe)、镓砷化物(GaAs)等。

当光线照射到光敏电极上时，光子的能量会激发光敏电极中的电子，使其跃迁到导带或传导带上，形成电子空穴对。

电路系统则用于将由光电效应产生的电流转化为可用的电信号。

光电探测器中的电路通常包括放大电路和信号处理电路。

放大电路用于将微弱的光电流放大，增强信号的强度。

信号处理电路则用于对放大后的信号进行滤波、采样、放大等处理，以满足不同应用领域的需求。

总的来说，光电探测器通过光电效应将光信号转化为电信号，利用电路系统对电信号进行处理，最终实现对光信号的检测和分析。

不同类型的光电探测器在工作原理上略有差异，但都基于光电效应的基本原理。