【正文】 ?fMqII ANA ?? 2RfkTI T /4 ??fRkTMqII AN ??? )/42( ?59 例如，在 的條件下， 關(guān)系式 就能成立，所以總的噪聲輸出電流 變成 式中，陽極電流 是暗電流 和光電流直流分量 的總和。這樣， 這就是阻容電路熱噪聲的一般表示式。 和熱噪聲不同，散粒噪聲的量值不取決于溫度，而由流過器件的平均電流決定。這對實際的檢測電路是 足夠?qū)挼?。外部擾動包括輻射源的隨機(jī)波動和附加的光調(diào)制、光路傳輸介質(zhì)的湍流和背景起伏、雜散光的入射以及檢測電路所受到的電磁干擾等。對應(yīng)的交流負(fù)載線 MN應(yīng)該通過特性曲線的轉(zhuǎn)折點 M，以便能充分利用器件的線性區(qū)間，其斜率由 和 的并聯(lián)電阻決定。另一方面輸入電路和后續(xù)電路通常是經(jīng)阻容連接等多種方式耦合的。負(fù)載上的信號電壓變成 式中 SΔΦ=Δ G是光敏電阻的電導(dǎo)變化量，是引起信號輸出的原因。 (1)恒流偏置 在輸入電路中的負(fù)載電阻比光敏電阻大得多的條件下有 R，此時負(fù)載電流 變成 這表明負(fù)載電流與光敏電阻值無關(guān)，近似保持常數(shù)。此時，在電壓軸上 選取臨界電壓 Us＝ ，與對 應(yīng)伏安曲線相交于 S點，這樣也可以得到 臨界電阻的負(fù)載線。l n ()/39。ln39。 短路電流隨受光面積的大小而改變，同一片光電池的短路電流或低阻負(fù)載時的負(fù)載電流與受光面積的變化曲線表示在下圖中，圖中 A為受光面積。 31 根據(jù)上述公式，在同一入射光通量下，負(fù)載電阻對光電池輸出電壓、電流、功率的影響曲線表示在上圖 b中。 ΔΦ將形成對應(yīng)的電流變化 177。光伏型光電器件輸入電路的計算將根據(jù)前述的表達(dá)式和相應(yīng)的伏安曲線以及電路方程進(jìn)行。相應(yīng)的轉(zhuǎn) 折電壓 或初始電導(dǎo)值 可由圖 a中圖示 關(guān)系決定。 c）結(jié)間漏電導(dǎo) G：線性區(qū)內(nèi)各平行直線的平均斜率。 18 另一方面，在圖 b中，對應(yīng)于相同的 RL值，當(dāng)偏置電壓 Ub增大時輸出信號電壓的幅度也隨之增大，并且線性度得到改善。當(dāng)輸入光通量由 Φo改變 +ΔΦ（或 ΔΦ）時，在負(fù)載電阻 RL上會產(chǎn)生 Δ U（或 +Δ U）的電壓信號輸出和 +Δ I（或 Δ I）的電流信號輸出。 Ub、 RL和光電二極管 V串聯(lián)連接。我們將根據(jù)器件伏安特性的性質(zhì)分作： 恒流源型 、 光伏型 和 可變電阻型 三種基本類型，并且以光電二極管為線索介紹它們在各種工作狀態(tài)下的電路計算方法。 這包括：足夠的轉(zhuǎn)換系數(shù)和線性范圍、快速的動態(tài)響應(yīng)、良好的信噪比。實際上，在含有許多光譜分量的復(fù)合光通量Φ(λ )作用下、探測器的復(fù)合輸出 I(λ )是由單色輻射通量作用下的輸出值在整個光譜分布范圍內(nèi)的積分值確定的，即 —— 探測器對波長 λ 的電流靈敏度 ????0)()()( ???? dSI I)(?IS7 在輻射源和探測器之間存在選擇性衰減環(huán)節(jié)（如介質(zhì)傳輸、光學(xué)系統(tǒng)和濾光器）時探測器的有效輸出為 式中， Φo(λ )是由輻射源發(fā)出的復(fù)合光通量， 、 分別是傳輸介質(zhì)、光學(xué)系統(tǒng)和濾光器的透過率光譜分布。因此，光電檢測器件類型的選擇和工作狀態(tài)的確定對光電系統(tǒng)的工作品質(zhì)至關(guān)重要，是系統(tǒng)設(shè)計的一個重要問題。 4）長期工作的穩(wěn)定性和可靠性。 根據(jù)這些要求，檢測電路的設(shè)計通常包括的步驟為：電路靜態(tài)計算、電路動態(tài)計算和噪聲估算。 5 為了提高傳輸效率，無畸變地變換光電信號，光電檢測器件不僅要和被測輻射源及光學(xué)系統(tǒng)，而且要和后續(xù)的電子系統(tǒng)在特性和工作參數(shù)上相匹配，使每個相互連接的器件都處于最佳的工作狀態(tài)。 因此，只有這些 衰減環(huán)節(jié)的光譜分布盡可能地相互覆蓋才可能最充分地利用入射通量 。 5）使檢測器件具有長期工作的可靠性和對工作環(huán)境的適應(yīng)能力。 14 恒流源型光電檢測器件的伏安特性是一組以輸入光照度 E或光通量 Φ為參量的曲線組。 bU 具有恒流源特性的光電檢測器件有 光電管，光電倍增管和工作于反向偏置電壓狀態(tài)下的光電二極管以及光電三極管等 。 Lb IRIUU ?? )(Lb IRUIU ??)(17 上述圖解法特別適用于大信號狀態(tài)下的電路分析。但電路的功耗隨之加大，并且過大的偏置電壓會引起光電二極管的反向擊穿。 d）光電靈敏度 S：單位輸入光功率所引起的光電流值。在線段 MN上有關(guān)系 由此可解得 或 上式給出了折線化伏安特性四個基本參數(shù) 、 、 G和 S間的關(guān)系。 pUU IeII T ??? )1( /0TU)1( /0 ??? TUUp eIII00 /)](l n [ IIIIUU pT ???28 其中上圖 a是光伏器件直接和負(fù)載電阻連接的電路，稱作無偏置電路。 ΔI和電壓變化 177。 )1( /0 ??? TL UIRp eIII]/)/l n [ ( 00 IIRUIUU LpT ???])(l n [)(00IIRUIRUUIUP LpLT????? 另一方面，輸入光通量也影響輸入電路的工作狀態(tài)。 短路電流和開路電壓隨受光面積的變化曲線 34 2）空載電壓輸出 這是一種非線性電壓變換狀態(tài)。 0IUIUU TpToc ??35 聯(lián)立求解上二式，有 所以 通常光電池的開路電壓為 ～ ，在入射光強(qiáng)從零到某一定值作跳躍變化的光電開關(guān)等應(yīng)用中簡單地利用 Uoc的電壓變化不需加任何偏置電源即可組成控制電路，這是它的優(yōu)點。l n (39。此處倍數(shù) 數(shù)據(jù)。這種電路稱作恒流偏置電路。上式表示恒壓偏置的輸出信號與光敏電阻值無關(guān)，僅取決于電導(dǎo)的相對變化，這樣，檢測電路在更換光敏阻值時對電路初始狀態(tài)影響不大。后續(xù)電路的等效輸入阻抗將和輸入電路的直流負(fù)載電阻并聯(lián)組成檢測器的交流負(fù)載。交流負(fù)載線與光照度 E＝ 對應(yīng)的伏安特性相交于 Q點，該點對應(yīng)交變輸入光照度的直流分量，是輸入直流偏置電路的靜態(tài)工作點。這些擾動可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或濾色片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。因此熱噪聲的頻譜可看作是平直的，稱作 白噪聲 。若器件的通頻帶為 Δ f，它的散粒噪聲電流均方值 為 式中， q—— 電子電荷量， —— 為光電流平均值。 附帶指出，等效帶寬的概念同樣適用于 散粒噪聲的計算。 在檢測閾值光通量的弱光情況下，有 ＝ 0，此時的總噪 聲電流 取決于暗電流 ，有 負(fù)載電阻 R上的噪聲輸出電壓為 ?fMqII AN ?? 2???? ? 546510 10~10,10~10,10 RMAI K?MqIRkT AL 2/4 ??NIAI dI 0AI0AINmI dI?fMqII dNm ?? 2?fMqIRU dNm ?? 2光電倍增管檢測電路及噪聲等效電路 a) 檢測電路 b) 噪聲等效電路 60 對于負(fù)載電阻 R上有并聯(lián)電容的情況，則有 陽極輸出總信噪比 是直流光電流 與噪聲電流有效值 之比值，即 靈敏閾 是暗