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基于APD的光電探測器電路研究與設(shè)計

作者: 時間:2009-08-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

用于對轉(zhuǎn)換器件輸出的微弱電壓或電流信號進(jìn)行放大、處理和整形輸出。對于不同探測用途而采用的轉(zhuǎn)換器件不同,與之配合使用的光電性能也因此而不同。如果用來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,則重點(diǎn)考慮的是器件的光電轉(zhuǎn)換效能和匹配方式。這里介紹一種用雪崩光電二極管()與光電匹配使用的最佳方法。針對如何提高光電信號前置放大器信噪比這一關(guān)鍵問題,進(jìn)行了分析和實(shí)踐。在電路過程中,除了電路結(jié)構(gòu)的考慮外,對工藝的考慮也是必須的。由于電路結(jié)構(gòu)、工藝考慮周全,設(shè)計的光電探測器電路信噪比高。這里還介紹通過用自制的噪聲發(fā)生器對光電探測器電路進(jìn)行定量的分析,測算出探測器的增益和信噪比。該是設(shè)計滿足各種光電信號轉(zhuǎn)換電路的一個重要步驟。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/169478.htm

1 器件的選擇
1.1 提高的光電轉(zhuǎn)換效能
雪崩光電二極管(Aualanche Photo Diode,)的光電轉(zhuǎn)換效能主要是對信號有倍增作用,它比一般光電二極管的功率電平所產(chǎn)生的響應(yīng)高幾十或幾百倍。倍增與偏壓有關(guān),反偏壓越大,倍增G也越大,如圖1所示。一旦電壓達(dá)到某個值,APD會被擊穿,此電壓就是雪崩電壓VB。設(shè)置APD的工作點(diǎn)一般略小于VB,如圖2所示。

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    未調(diào)制時,由平均光通量P0所產(chǎn)生的散粒噪聲引起的電流波動Ic可表示為:


    由于熱噪聲和放大器內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲引起的電流波動Ib為:

    對噪聲源模型的特征和噪聲進(jìn)行分析。當(dāng)信號光強(qiáng)度取最大振幅值Pmax時,電流值Jsmax為:



    利用這些公式可以計算由光信號變換成電信號時的信噪比為:


    因?yàn)楣怆姍z測器內(nèi)部阻抗很大,可看作電流源,所以若檢測器的負(fù)載阻抗大的話,則Ib2就下降,結(jié)果使得SNR增加,所以一般負(fù)載電阻取得較大,但不能太大。若加大負(fù)載電阻,則放大器輸入端的時間常數(shù)CR對頻帶的限制增強(qiáng),高頻信號成分受到抑制,而這兩方面的需求卻是互相制約,互相矛盾的。然而,Ib2的減小所引起SNR的增加與高頻信號衰減所引起SNR下降可得到補(bǔ)償。要放大頻率在10 MHz范圍內(nèi)的信號,光電檢測器與APD配合使用的前置放大器件選用輸入阻抗大的結(jié)型場效應(yīng)管較為有利,上述分析就為設(shè)計光電探測器電路系統(tǒng)奠定了選擇關(guān)鍵器件的基礎(chǔ)。

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