(如光电二极管)反向偏置

* International Photonics Laboratory * 3.5 偏置电路和信号处理电路 3.5.1 偏置电路类型 3.5.2 光电导探测器的偏置电路 3.5.3 光伏探测器输出电路 * PN结型光伏探测器器件和光电导探测器是在一定偏置电路状态下工作，按照使用在不同场合下，光伏探测器的偏置电路一般有自偏置电路、零偏置电路和反向偏置电路。 对于光伏探测器每一种偏压电路使得光伏探测器工作在其伏安特性曲线的不同区域，表现出不同的特性。 3.5 偏置电路和信号处理电路 光电导器件有恒流偏置电路、恒压偏置电路、恒功率偏置电路。 * 3.5 偏置电路和信号处理电路 光照下的pn结伏安特性 反偏置 正偏置 自偏置(无外加偏压) * 在光照射下，产生的光电流I流过外电路负载电阻R产生压降IR就是它自身的偏压。 3.5.1 偏置电路类型 自偏置电路实际上不需要外加偏压，由器件本身在一定条件下产生的电压工作。 一、自偏置电路 由于自偏置电路的特点，在实际测量中很少采用自偏置电路 光电池自偏置电路 * 3.5.1 偏置电路类型 光伏探测器在自偏置的情况下，若负载电阻R为零，自偏压为零；或者光伏探测器在反偏置的情况下，反偏电压很小或接近零。这两种情况下都属于零偏置。对应的偏置电路都称为零偏置电路。 二、零偏置电路 下面介绍两种零偏置典型电路： * 3.5.1 偏置电路类型 它是直接将光电池的输出接到运算放大器的两个输入端，以实现电流与电压的转换，即输出电压为： U=－Isc × Rf A 利用运算放大器实现零偏置电路 光电池的零偏置电路 * 3.5.1 偏置电路类型 光敏电阻(PV-InSb)在静态时由于探测器的反向漏电流在探测器附加了一个正向偏置电压，为了获得零偏置状态，需外加反向偏压来抵消反向漏电流的影响。 B 光敏电阻的零偏置电路 InSbC光敏电阻零偏置电路 * 3.5.1 偏置电路类型 这里要使探测器处于零偏置状态，则取UD=0，ID=I0，I0为探测器的反向漏电流。 设探测器静态时的工作电流(暗电流)ID，静态工作电压UD，则有： UD=Ub－IDRL * 3.5.1 偏置电路类型 光电导器件，由于用带隙能量很小的材料制成，其性能受热激发影响较大，能承受的反向偏压不高，常工作在零伏偏置或接近于零伏偏置的状态。 光伏探测器采用零偏置电路时，它的1/f噪声最小，暗电流为零，可以获得较高的信噪比。因此，即使性能较好的光伏探测器也常采用零偏置电路，以免采用其它偏置电路引入噪声。 注意：零伏偏置电路只适合对微弱光辐射信号的探测，不适合较强光辐射探测的领域。 * 3.5.1 偏置电路类型 当光伏探测器外加偏压工作时，若N区接电源的正端，P区接电源的负端，光伏探测器处在反偏置状态，对应的电路称之为反偏置电路， 三、反偏置电路 光伏探测器反向偏置电路 (a) 原理示意图 (b)反向偏置电路 * 3.5.1 偏置电路类型 在反向偏置电路中，流过负载申阻RL的电流为： IL=IP+Id 输出电压： U0=Ub-IRL 1 反向偏置电路的输出特性 从右图不难看出，反向偏置电路的的输出电压的动态范围取决于电源电压Ub与负载电阻RL，电流I的动态范围也与负载电阻RL有关。 偏压电压(V) 反向偏置电路输出特性曲线 * 3.5.1 偏置电路类型 2 输出电流、电压与辐射通量的关系 反向偏置电路的输出电流与入射辐射通量φ的关系： 在忽略暗电流时，输出电流与入射辐射通量可简化为： 同样，反向偏置电路的输出电压与入射辐射通量的关系为： * 3.5.1 偏置电路类型 3 反偏置电路形式 A 基本反偏置电路 以光电二极管为例，最基本的反偏置电路如图所示，它是由三个部分组成。图中，Ub为外加电压，RL为负载电阻，假定流过光电二极管的电流为I。 式中UI为光电二极管的端电压 那么，可以得到光电二极管在反偏电压下的回路方程： 反向偏置电路 UI=Ub－IRL * 3.5.1 偏置电路类型 B 反偏压与运算放大器连接 该电路与基本反向偏置电路比较，它具有极小的负载电阻(ri)，不易出现信号失真，同时由于运算放大器的放大作用，又能输出较大信号。 Ip为光电二极管的输出电流； Rf为放大