《光电检测技术及应用 第3版 》课件 -第6章 光电检测系统典型电路(6.1-6.2)

01十月2026《光电检测技术及应用》第6章光电检测系统典型电路目录6.1光敏电阻的变换电路基本偏置、恒流电路、恒压电路6.2光生伏特器件的偏置电路反偏、零偏6.3CCD器件驱动电路

驱动电路时序方法、可编程器件产生驱动时序6.4视频信号二值化处理电路

阈值法、微分法6.5光电信号辨向处理与细分电路第六章光电检测系统典型电路教学要求①释义基本偏置电路、恒流电路、恒压电路的基本原理；②描述光生伏特器件反向偏置电路输出特性曲线的静态工作点及图形法输入输出求解；③描述视频信号二值化处理电路原理及波形图；④归纳辨向电路的工作原理及时序图。第6章光电检测系统典型电路光电检测电路由光电器件、输入电路和前置放大器等部分组成将光信号转换成相应的电信号

为光电器件提供正常的工作条件，进行电参量的变换（如将电流或电阻变换为电压），同时完成和前置放大器的电路匹配。

光电器件输出的微弱电信号由前置放大器进行放大，前置放大器另一作用是匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。（1）灵敏的光电转换能力；（2）快速动态响应能力；（3）最佳的信号检测能力；（4）长期工作的稳定性和可靠性。设计要求：第6章光电检测系统典型电路检测电路的设计步骤：

静态计算

动态计算

噪声估算

放大电路的选择和设计第6章光电检测系统典型电路图解法：

光敏电阻的简单偏置电路

光生伏特器件的反向偏置电路解析计算法：

光生伏特器件的反向偏置电路第三章光电检测器件第三章光电检测器件光敏电阻参数型号亮电阻暗电阻峰值波长时间常数耗散功率极限电压温度系数工作温度光敏面使用材料Rg-CdS-A≤5*104≥1*108520<50<100100<1-40~801~2硫化镉RG1A≤5*103≥5*106450~850≤502010≤±1-40~70硫化硒镉第3章光电检测器件一、光电导器件第6章光电检测系统典型电路一、光敏电阻的变换电路光敏电阻简单偏置电路简单的偏置电路第6章光电检测系统典型电路一、光敏电阻的变换电路1、基本偏置电路简单的偏置电路微分得：将代入得：即：

当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐射入射辐射量（照度ev）成线性关系。Pmax：最大耗散功率Q：静态工作点Ubb：电源电压RL：负载电阻Pmax：最大耗散功率Q：静态工作点Ubb：电源电压RL：负载电阻光敏电阻简单偏置电路的图解曲线第6章光电检测系统典型电路一、光敏电阻的变换电路第6章光电检测系统典型电路一、光敏电阻的变换电路2、恒流电路晶体管恒流偏置电路在简单偏置电路中，当RL》R时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。

基极电压稳定基-射结电压固定电阻恒定电流流过光敏电阻的电流为恒流

与光敏电阻阻值的平方成正比，与光电导灵敏度成正比。第6章光电检测系统典型电路一、光敏电阻的变换电路3、恒压电路恒压偏置电路在简单偏置电路中，当RL《R时，加在光敏电阻上的电源电压Ubb为不随入射辐射量变化的恒定电压，此时的偏置电路称为恒压偏置电路。当时，。即加在光敏电阻上的电压为恒定电压。

基极电压稳定近似为0.7V输出信号电压与光敏电阻的阻值无关。在如图所示的恒流偏置电路中，已知：电源电压为12V，Rb为820Ω，Re为3.3kΩ，晶体管的放大倍率不小于80，稳压二极管的输出电压为4V，光照度40lx时输出电压为6V，80lx时为8V。（设光敏电阻在30~100lx之间的

值不变）试求：（1）输出电压为7V的照度（单位为lx）。

（2）该电路的电压灵敏度（单位为V/lx）。晶体管恒流偏置电路例题例题例题练习晶体管恒压偏置电路在如图所示的恒压偏置电路中，已知稳压使用的2CW12型稳压二极管，其稳压值为6V，若Rb为1kΩ，Rc为510Ω，晶体管的放大倍率不小于80，电源电压为12V，当CdS光敏电阻光敏面的照度为150lx时输出电压为10V，照度为450lx时输出电压为8V（设光敏电阻在100~500lx之间的

值不变，Ube=0.7V）试求：（1）输出电压为9V时的照度值（单位为lx）。

（2）照度值为500lx时的输出电压（单位为V）。练习练习答案-方法一：练习答案-方法一：练习答案-方法一：练习答案-方法一：练习答案-方法二：练习答案-方法二：练习答案-方法二：练习答案-方法二：练习答案-方法二：练习答案-方法二：如图所示为一直流电桥电路，图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，若R1增量为1.2Ω，其他电阻阻值不变，则此时电桥的输出电压为多少？思考：第三章光电检测器件第三章光电检测器件第三章光电检测器件全电流方程与输出特性全电流方程：

硅光敏二极管输出特性曲线旋转后的硅光敏二极管输出特性曲线

光辐射作用下产生的光生电流。无辐射时对应的暗电流。与普通二极管一样。开路电压短路电流某光敏二极管的结电容Cj=5pF，要求带宽为10MHz，若光敏二极管的管芯内阻为250Ω，则允许的最大负载电阻为多少？练习练习某光敏二极管的结电容Cj=5pF，要求带宽为10MHz，若光敏二极管的管芯内阻为250Ω，则允许的最大负载电阻为多少？练习第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路1、反向偏置电路偏置电压与内建电场的方向相同的偏置电路称为反向偏置电路。a)原理示意图b)反向偏置电路

光生伏特器件的反向偏置电路当时，流过负载电阻的电流为：输出电压为：第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路反向偏置电路的输出电流与入射辐射量的关系为：暗电流忽略不计，则：输出电压与入射辐射量的关系为：输出信号电压为：反向偏置电路输出信号电压ΔU与入射辐射量的变化成正比，变化方向相反，输出电压随入射辐射量增加而减小。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和光电变换的动态范围加宽。因此，反向偏置电路被广泛地应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。光生伏特器件反向偏置电路的输出特性曲线输出电压的动态范围取决于电压电压与负载电阻。电流的动态范围也与负载电阻有关。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光生伏特器件反向偏置电路的输出特性曲线输出电压的动态范围取决于电压电压与负载电阻。电流的动态范围也与负载电阻有关。电源电压和负载电阻的选择第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光敏晶体管的反向偏置电路的图解曲线第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路例6-3已知某光敏晶体管的伏安特性曲线如图6-6所示。当入射光通量为正弦调制量，即Φv，λ=55+40sinωt(lm)时，要得到5V的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波形图，分析输入与输出信号间的相位关系。临界点A—>C点—>D点—>B点；A、B连线即为负载线；负载线与横轴的交点为电源电压Ubb=20V，负载线的斜率为负载电阻RL=5kΩ。最后画出输入光信号与输出电压的波形图第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路

a）做直线与原曲线相切b）过转折点和原点连线I=IP+Id=GU+SΦ第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路计算步骤：M点-U0-设负载线过M点，则可有Ub确定GL或RL—电流的变化范围和电压的变化范围以及电功率。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路

做直线与原曲线相切

过转折点和原点连线I=IP+Id=SΦ+GU光敏晶体管的反向偏置电路的解析计算法计算步骤：M点->U0->设负载线过M点，则可由Ub确定GL或RL（或由GL或RL确定Ub）

—>分析输出电流的变化范围和输出电压的变化范围以及输出电功率。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路计算步骤：由转折点M做垂线，由ΔOMN得转折电压U0或初始电导G0第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路计算步骤：由ΔOMN和ΔUbMN，计算负载电阻RL和偏置电压Ub。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路计算步骤：由输入光辐射变化范围确定输出电压的幅度第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路计算步骤：由输出电压的幅度计算输出电流的幅度和输出电功率第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光电池接上不同负载时，电流和电压随着光照度变化的情况是不同的。电阻