一种弱光信号光电检测系统的设计.docx
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1、1引言-2-2基本原理-3-2. 1 光电二极管的技术参数-3-2.2光电二极管的种类-4-2. 3 光电转换电路-5-2.4 前置放大电路-7-3设计分析-7-4结果探讨-8-参考文献-8-1引言光的信息就存在于光强和相位中。而相位信息又是通过干涉转化成强度信 息进行测量的,故光强的测量是很重要的检测目标。光强变更的检测要针对光的变更特性进行设计。第一,入射光从频谱方面 分析有单色的,有白光的,有特定光谱的;其次,光强有缓变和快变之分,一 天之中日光强度的变更就属于缓变,再快一点的话如屏幕上木一个像素点随动 画播放强度的变更,更快的还有人眼无法识别的,这将涉及到器件的响应度; 第三,光强有变
2、更幅度的问题,变更幅度有大有小针,这将涉及到器件的灵敏 度;第四,光强的静态点,假如静态点在零点,且属于小幅度变更便属于微光 检测。本段是对光源的分析,这是设计的目的,志向的检测是能针可以检测随 意光强处,光强度的极高频极微弱变更,明显这是无法达到的,只对特定的需 求进行设计。光电检测的第一步是分析光,及其设计目标。其次步是光感应器件。第三 步是配套电路。光电器件涉及到半导体,光与物质间的作用和原件制备工艺与 技巧等学问,这些会影响器件的性能误差等参数。再依据电子技术学问,通过电 路优化消退误差,可得出志向的电路。误差的来源有光电器件的非线性性质, 外界温度,放大器件本身的噪声。能感应光强的器
3、件有:光敏电阻,光电池,光电二极管(PIN管,雪崩管 等),复合光电三极管,光电三极管。其中响应最慢的是光敏电阻,他不但惯 性大,还具有前历效应。本试验选用光电二极管,它具有较快的动态响应。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而 变更的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。光敏电阻器一般 用于光的测量、光的限制和光电转换(将光的变更转换为电的变更)。通常, 光敏电阻器都制成薄片结构,以便汲取更多的光能。当它受到光的照耀时,半 导体片(光敏层)内就激发出电子一空穴对,参加导电,使电路中电流增加。光电二极管和一般二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具
4、 有单方向导电特性。但是,在电路中它是通过它把光信号转换成电信号。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在工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流; 有光照时,反向电流快速增大到几十微安,称为光电流。光的强度越大,反向 电流也越大。光强的变更引起光电二极管电流变更,这就可以把光信号转换成 电信号,成为光电传感器件。本试验采纳光电二极管,完成对低频微弱光信号的检测。对微弱或极微弱 光的检测,在科学探讨,生活应用和军事等领域有广泛的应用。为将微弱光信 号转换为电信号以便利后级电路处理,设计了针对于微弱光信号检测电路。电 路由光电转换
5、和前置放大两部分组成。该放大电路设计可有效放大低于InW的 微弱输入信号,同时对噪声也有很强的抑制作用。微弱光信号检测的一般方法是通过光电转换器件将微弱的光信号转换成为 微弱电信号,然后再通过电路放大,将这个微弱电信号转变为可处理的电信号。 微弱光信号检测的难点在于光电信都很微弱,所以制作低噪声、高精度光电放 大器是关键所在。现在一般采纳光电转换电路和前置放大电路组成放大器的方法,并且多采 纳专用集成电路来构建电路。全部采纳专用集成电路的方法缺乏敏捷性,在有 些应用中并不特别合适,因此本文比较了专用集成电路和相对分立的元器件构 成的两种放大器。其中光电转换电路采纳低输入偏置电流放大器AD549
6、为主构 成。前置放大电路采纳两种方式:一种运用对管和高精度集成运放0P07构成对 数的放大电路;另一种运用专用集成电路L0G100。实际表明在输入为微弱光信 号状况下,分立电路更能有效抑制干扰信号,并为后继处理输出有效信号。2基本原理电路由光电转换和前置放大两部分组成。光电转换电路采纳低输入偏置电 流运算放大器AD549实现;前置放大电路运用对称三极管组成的对数比率放大 电路实现,并在同等条件下与集成电路LOG 100组成的前置放大电路相比较。 2.1光电二极管的技术参数1 .最高反向工作电压;2 .暗电流;光电耦合器的输出特性是指在肯定的发光电流If下,光敏管所加偏置电 压Vce与输出电流I
7、c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。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.)3 .光电流;4 .灵敏度;5 .结电容;6 .正向压降;7 .响应度响应度是光生电流与产生该事务光功率的比。工作于光导模式时的典型 表达为A/W。响应度也常用量子效率表示,即光生载流子与引起事务光子的 比。8 .噪声等效功率噪声等效功率(NEP)等效于1赫兹带宽内均方根噪声电流所需的最小 输入辐射功率,是光电二极管最小可探测的输入功率。9 .频率响应特性光电二
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