光电探测器的放大电路

光电探测器前置放大电路研究在弱光检测中,光电探测器将接收到的光信号变为微弱的电流信号,一般为微安数量级,光电探测器通过放大器将其转变为电压信号,只有经过充分的放大和处理才能被记录下来。

加州理工学院曾对光通信中微弱光信号的检测器使用不同特性的前置放大器,给出了各种比较数据,充分说明前置电路的性能决定整个系统的优良[1]。

前置电路若设计得好,会使探测灵敏度提高,从而更好地进行实验研究;反之,不仅会把输入信号和噪声放大,同时还会混进电子器件本身带来的新噪声,这对于实际实验的影响会非常大。

基于此点,有必要对光电探测器前置电路进行深入研究。

1光电探测器光电探测器是一种将辐射能转换成电信号的器件,是光电系统的核心组成部分,在光电系统中的作用是发现信号、测量信号,并为随后的应用提取某些必要的信息。

光电探测器的性能参数与其工作条件密切相关[2],所以在给出性能参数时,要注明有关的工作条件,只有这样,光电探测器才能互换使用。

主要工作条件有:(1辐射源的光谱分布很多光电探测器,特别是光子探测器,其响应是辐射波长的函数,仅对一定波长范围内的辐射有信号输出。

这种称为光谱响应的“信号依赖于辐射波长”的关系,决定了探测器探测特定目标的有效程度。

所以在说明探测器的性能时,一般都需要给出测定性能时所用辐射源的光谱分布。

如果辐射源是单色辐射,则需给出辐射波长。

假如辐射源是黑体,就要指明黑体的温度。

当辐射经过调制时,则要说明调制频率。

(2电路的通频带和带宽因噪声限制了探测器的极限性能,噪声电压或电流均正比于带宽的平方根,所以在描述探测器的性能时,必须明确通频带和带宽。

(3工作温度许多探测器,特别是用半导体材料制作的探测器,无论是信号还是噪声,都与工作温度有密切关系。

所以必须明确工作温度。

最通用的工作温度是:室温(295K、干冰温度(195K、液氮温度(77K、液氯温度(4.2K以及液氢温度(20.4K。

(4光敏面尺寸探测器的信号和噪声都与光敏面积有关,大部分探光电探测器前置放大电路研究高科,孙晶华(哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨150001摘要:在弱光检测中,光经过光电探测器转换为电信号,此信号极其微弱。

一种光电探测器电路的设计胡红光(中国兵器工业第214研究所,安徽蚌埠233042)【摘要】简介一种以锗雪崩光电二极管(APD)为光电转换器件的探测器电路的工作原理,详细介绍电路各组成部分的设计要求和设计要点。

该电路可用于光学测距和微弱光的探测装置。

【关键词】光电探测器;光电转换;电路;放大;设计概述光电探测器电路用于对光电转换器件输出的微弱电压或电流信号进行放大、处理和整形输出。

对于不同探测用途而采用的光电转换器件不同,与之配合使用的光电探测器电路性能也因此而不同。

通常光电器件的用途主要有两种:一种是用来探测光的存在以及测量光的强弱,称之为辐射探测器,主要考虑的是器件探测微弱光的能力;另一种是用来进行光电转换的,考虑的是器件的光电转换效能。

这里介绍探测器电路与锗雪崩光电二极管(ABD)配合使用。

该探测器用来接收一定波长的光脉冲信号,经电路处理后,形成测量时间间隔的电脉冲信号,主要用于激光测距装置。

在保证被测目标物体距离范围时,要求光电器件有宽的动态响应范围。

1　电路工作原理该探测器将入射的光脉冲信号经雪崩光电二极管转变成微弱的电流信号,再经过取样放大、处理和整形后输出电脉冲信号。

原理框图如图1所示。

该探测器电路的放大电路为小信号、窄脉冲放大器。

为便于各级放大器间的电平匹配,避免工作点的漂移,各级放大电路间采用电容器交流耦合方式。

为了保证该探测器电路能测量较大范围距离的目标,减小固体障碍物如尘埃等颗粒对激光的漫反射而造成误测的可能性,该电路设计中增加了增益控制电路。

当被测目标较近时,入射到光电管的光信号强,这时可控制探测器增益变小;反之,可控制其增益变大。

其输入控制信号为TCA,该控制信号为电平信号,输入范围为0～Vccl。

由于雪崩光电二极管、晶体管和阻容固有的噪声经过放大后,会对电路的输出造成误动作,因此在放大电路的未端设计了门槛电路,用以将噪声滤掉。

为了避免供电电源尖峰脉冲电流对光电信号检测带来误差,电源输入端采用LC滤波,能有效抑制尖峰脉冲电流的干扰。

AC24微山光电放大式检流计原理一、光电效应AC24微山光电放大式检流计采用光电效应原理，当光子照射在光敏元件上时，光子能量转化为电能，从而产生光电流。

这种光电效应是检流计工作的基础。

二、放大电路产生的光电流非常微弱，需要通过放大电路进行放大，以便进行后续的电流检测和处理。

AC24微山光电放大式检流计采用先进的放大技术，将微弱的光电流放大数百倍至数千倍，提高检测的灵敏度和精度。

三、电流检测经过放大的光电流通过电流检测电路转换为电压信号，电压信号的大小与光电流的大小成正比。

通过对电压信号的测量和处理，可以得出光电流的大小，进而计算出待测电流。

四、信号处理AC24微山光电放大式检流计采用数字信号处理技术，对电压信号进行滤波、去噪、平滑等处理，提高信号的信噪比和稳定性。

数字信号处理技术还可以对信号进行实时分析，提取出更多的有用信息。

五、显示输出AC24微山光电放大式检流计具有友好的人机界面，通过显示屏将测量结果直观地展示给用户。

同时，检流计还支持多种输出方式，如串行通信、网络通信等，方便用户进行数据传输和控制。

六、自动校准为了确保检流计的准确性和稳定性，AC24微山光电放大式检流计具有自动校准功能。

通过内置的校准算法，可以自动对检流计进行校准，确保测量结果的准确性。

七、稳定性AC24微山光电放大式检流计采用优质的材料和先进的工艺制造而成，具有较高的稳定性和可靠性。

在长时间使用过程中，检流计的性能不会发生明显变化，确保了测量的准确性和稳定性。

八、应用领域AC24微山光电放大式检流计广泛应用于电流检测、电气计量、实验室研究等领域。

其高精度、高灵敏度、低噪声等特点使得它在许多高要求的应用场景中成为理想的选择。

光电探测器原理光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，它在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。

光电探测器的原理是基于光电效应和半导体器件的特性，通过光的照射使半导体器件产生电荷载流子，从而实现光信号到电信号的转换。

本文将介绍光电探测器的工作原理、结构特点及应用领域。

光电探测器的工作原理主要基于光电效应，即当光线照射到半导体材料表面时，光子能量被半导体吸收，激发出电子和空穴对。

在外加电场的作用下，电子和空穴被分离，从而产生电流。

这种光电效应是光电探测器能够将光信号转换为电信号的基础。

另外，光电探测器还利用了半导体器件的PN结构，通过光的照射改变PN结的导电特性，从而实现对光信号的探测和转换。

光电探测器的结构特点主要包括光电转换元件、信号放大电路和输出接口。

光电转换元件是光电探测器的核心部件，它通常采用硅、锗、InGaAs等半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应的特点。

信号放大电路用于放大光电转换元件产生的微弱电信号，以提高信噪比和传输距离。

输出接口将放大后的电信号转换为可用的电压或电流信号，以便接入到其他电子设备中进行信号处理和传输。

光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用。

在光通信系统中，光电探测器用于接收光信号并转换为电信号，实现光信号的调制和解调。

在光测量领域，光电探测器可以用于测量光强、光功率和光谱等参数，实现对光信号的精确测量和分析。

在光学成像系统中，光电探测器可以将光信号转换为图像信号，实现对光学图像的采集和处理。

总之，光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的重要器件，它的工作原理基于光电效应和半导体器件的特性，具有灵敏度高、响应速度快的特点。

光电探测器在光通信、光测量、光学成像等领域有着广泛的应用前景，将在未来发挥越来越重要的作用。

光电二极管放大电路工作原理在用于光检测的固态检波器中，光电二极管仍然是基本选择。

光电二极管广泛用于光通信和医疗诊断。

其他应用包括色彩测量、信息处理、条形码、相机曝光控制、电子束边缘检测、传真、激光准直、飞机着陆辅助和导弹制导。

设计过程中，经常会优化用于光电模式或光敏模式的光电二极管。

响应度是检波器输出与检波器输入的比率，是光电二极管的关键参数。

其单位为A/W 或V/W。

前置放大器在高背景噪声环境中提取传感器生成的小信号。

光电导体的前置放大器有两类：电压模式和跨导（图2）。

图3c 所示的跨导放大器结构产生的精密线性传感性能是通过“零偏压”光电二极管实现的。

在此配置中，光电二极管发现输出间存在短路，按照公式3 （Isc =Ilight），基本上不存在“暗”电流。

光电二极管暴露在光线下且使用图2c 的电路时，电流将流到运算放大器的反相节点，如图 3 所示。

若负载（RL）为0 Ω且VOUT = 0 V，则理论上光电二极管会出现短路。

实际上，这两种状况都绝对不会出现。

RL 等于Rf/Aopen_loop_Gain，而VOUT 是放大器反馈配置施加的虚拟地。

图4所示电路是一个高速光电二极管信号调理电路，具有暗电流补偿功能。

系统转换来自高速硅PIN光电二极管的电流，并驱动20 MSPS模数转换器（ADC）的输入。

该器件组合可提供400 nm至1050 nm的频谱敏感度和49 nA的光电流敏感度、91 dB的动态范围以及2 MHz的带宽。

信号调理电路采用±5 V电源供电，功耗仅为40 mA，适合便携式高速、高分辨率光强度应用，如脉搏血氧仪。

光电二极管工作时采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光导）模式。

光伏模式可获得最精确的线性运算，而让二极管工作在光导模式可实现更高的开关速度，但代价是降低线性度。

在反向偏置条件下，存在少量的电流（称为暗电流），它们甚至在没有光照度的情况下也会流动。

可在运算放大器的同相输入端使用第二个同类光电二极管消除暗电流误差，如图4所示。

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。

光电探测器前置放大电路设计概要上海光学精密机械研究所李国扬此处的光电探测器，指的是将光功率转化为电流的二极管结构光电转换器件。

有人认为光电探测器的应用很简单，将光电二极管的输出电流用一个电阻进行取样，就得到了电压，该电压可经过AD转换电路进行数字化处理。

一个简单的光电探测器应用电路如下图所示：实际上，没有如上图一样简单。

首先，上图中的光电探测器会产生一个暗电流，这个暗电流有可能会大到可以和信号电流比拟；其次，取样电阻会产生热噪声，而电阻值越大，噪声也越大。

并且，10mV 的信号电压未必足够大。

而在光电流大小一定的情况下要提高信号电压，就需要增大取样电阻，取样电阻变大，又会增大噪声，这是一对矛盾。

进一步分析，光电探测器的PN结有一个结电容，这个结电容和取样电阻形成一个RC充电回路，RC值的大小决定了光电探测器的响应速度。

对于一个给定探测器，C 值是随着VCC电压值变化而变化的。

电容值随VCC变化典型曲线如下图。

当VCC值不稳时（如用噪声大的开关电源给探测器做偏压），就会使结电容不稳，结电容的大小会影响响应度；这样，VCC的噪声会通过改变结电容的大小而转化成信号的噪声。

确定了探测器种类和VCC后，C值就固定了，此时，减小R值可以减小响应时间，增大响应带宽；但是，减小R值又会减小响应幅度。

这又是一对矛盾。

对于探测微弱信号而言，需要一个比较大的取样电阻，而取样电阻如果很大，对于后级电路来说，相当于一个大的输出阻抗，这对后级电路的处理带来了困难。

如下图所示意，如果后级电路的输入电阻为1M欧，那么信号电压只有一半被后级放大器提取，所以，要求后级电路有很大的输入阻抗，才能尽可能多的提取信号能量。

到了这里，您可能会说，是否可以选择一种光电探测器，使它能够对光信号更为敏感，也就是说，单位光功率可以得到更大一些的光电流，这样就减轻了电路的压力。

是的，有响应更大的器件。

但是，增大光电响应度，在半导体工艺上需要增大光敏面积，而增大光敏面积的一个伴生效应是增大结电容。

一、实验目的1. 了解光电探测的基本原理和电路组成。

2. 掌握光电探测器电路的设计方法和实验技能。

3. 熟悉光电探测器的性能测试方法，并分析实验结果。

二、实验原理光电探测器是将光信号转换为电信号的器件，其基本原理是光电效应。

当光照射到光电探测器上时，会产生光生电子，从而在探测器两端产生电信号。

本实验主要研究光电二极管和光敏电阻两种光电探测器。

三、实验仪器与设备1. 光源：LED灯、激光器等。

2. 光电探测器：光电二极管、光敏电阻等。

3. 放大器：低频放大器、高频放大器等。

4. 测量仪器：示波器、万用表、信号发生器等。

5. 实验电路板：包含光电探测器、放大器、电源等组件。

四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试（1）搭建实验电路，将光电二极管与低频放大器相连，并接入电源。

（2）调整光源，使光照射到光电二极管上。

（3）使用示波器观察光电二极管输出信号的波形和幅度。

（4）改变光源强度，观察光电二极管输出信号的变化，分析光电二极管的响应特性。

2. 光敏电阻特性测试（1）搭建实验电路，将光敏电阻与低频放大器相连，并接入电源。

（2）调整光源，使光照射到光敏电阻上。

（3）使用示波器观察光敏电阻输出信号的波形和幅度。

（4）改变光源强度，观察光敏电阻输出信号的变化，分析光敏电阻的响应特性。

3. 光电探测器电路设计（1）根据实验要求，设计光电探测器电路，包括光电探测器、放大器、滤波器等组件。

（2）搭建实验电路，并接入电源。

（3）调整电路参数，使光电探测器电路满足实验要求。

4. 光电探测器电路性能测试（1）使用示波器观察光电探测器电路输出信号的波形和幅度。

（2）调整光源强度，观察光电探测器电路输出信号的变化，分析电路性能。

五、实验结果与分析1. 光电二极管特性测试结果（1）光电二极管输出信号随光源强度增加而增强，符合光电效应原理。

（2）光电二极管输出信号具有较好的线性关系，适合用于光电检测。

2. 光敏电阻特性测试结果（1）光敏电阻输出信号随光源强度增加而减小，符合光敏电阻特性。