【正文】 電阻，可表示為 式中， A是放大器的開環(huán)放大倍數， 是反饋電阻。下面介紹三種光電二極管與 IC放大電路的典型連接方法。對于大多數弱光信號的檢測，輸入電路通常要與信號放大電路相連接。則上式為 由式可見輸出電壓 與熱敏電阻變化量 Δ R成比例，并與負載電阻 R有關。當有輻射作用于熱敏電阻 上時，溫升 Δ T引起電阻的改變?yōu)? 式中， 為熱敏電阻 的暗電阻。在無輻射照射時，調節(jié)補償電阻 ，使電橋平衡。 LR LRLURU bUbLU S U R? ? ? ? 2)．電橋輸入電路 為避免可變電阻型器件受環(huán)境溫度的影響常采用電橋電路。上式表示恒壓偏置的輸出信號與光敏電阻值無關，僅取決于電導的相對變化，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。這種光敏電阻上的電壓保持不變的偏置稱作恒壓偏置。為了降低電源電壓，通常采用晶體管作恒流器件來代替 。此外可以證明恒流偏置的電壓信噪比較高，因此適用于高靈敏度測量，這是它的優(yōu)點。這種電路稱作恒流偏置電路。下面討論兩種典型的工作狀態(tài)。這是一個線性電路的 計算，在建立負載線之后即可 確定對應于輸入光通量 ～ 變化的負載電阻上的輸出信號。 阻值隨溫度改變的熱敏電阻也屬可變電阻型器件，其電阻值表達式為 式中， 為溫度 T時的電阻， 為溫度 T=0時的電阻， α 為電阻溫度系數， T為溫度。此處倍數 數據。 ΔΦ 的輸入光強變化，負載上的電壓信號為 在線性關系要求不高的情況下，可以利用圖解法簡單地得到臨界電阻 Rs值。由于 I， 所以只要滿足條件 1 就可以得到輸出電流和輸入光強 的線性關系。為了確定負載電阻的臨界條件，可利用式 顯然，在 很大時式中的指數項不能忽略。 EEUUUUU TocTococ ??????)1( /0 ??? TL UIRp eIII3）線性電壓輸出 由圖 負載電阻對光電池輸出電壓電流和功率的影響 中 b的Ⅲ 區(qū)域可見，這種工作狀態(tài)在串聯負載電阻上能得到與輸入光通量近似成正比的信號電壓。l n ()/39。這種使用方式的頻率特性不好，受溫度影響也較大，這是它的不足之處。 ppTocpTpTococ IIUUIUIUUU ????? 聯立求解上二式，有 所以 通常光電池的開路電壓為 ～ ，在入射光強從零到某一定值作跳躍變化的光電開關等應用中簡單地利用 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。ln39。由上式，有 0lnln IUIUU TpToc ??39。并且由于 Ip與光電池面積成正比，所以同一光電池的開路電壓與光電池面積的對數成正比，如上圖所示。此時光電池應通過高輸入阻抗變換器與前級放大電路連接，相當于輸出開路。 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載時的負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。由上圖 a中可看到由于 RL很小，輸出電流接近于短路電流，它與入射光通量有良好的線性關系，即 ???? SI 由圖 b可見，根據選用負載電阻的數值可以把光電池的工作狀態(tài)分作：短路或線性電流放大、空載電壓輸出、線性電壓放大和功率放大四個區(qū)域，分別由圖中 Ⅰ 、 Ⅱ 、Ⅲ 、 Ⅳ 表示。 可以定量地描述負載電阻和入射光通量對電路工作狀態(tài)（ I、 U、 P）的影響： ?????? ? SIeIII scRUIRp LTL 0/0 |)1(1）短路或線性電流放大 這是一種電流變換狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，后續(xù)電流放大級作為負載從光電池中取得最大的輸出電流。由圖中可以看出，對確定的負載電阻如 RL，當輸入光通量較小時負載上的輸出電流和電壓近似地隨入射光通量成正比例增加，而當入射光通量較大時輸出電流和電壓逐漸呈現飽合狀態(tài)。 )1( /0 ??? TL UIRp eIII 根據上述公式，在同一入射光通量下，負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。例如在上圖 a中，對應光通量的增量 ΔΦ ＝ Φ 1Φ 2，在短路狀態(tài)下（ RL＝ 0），輸出電流增量 Δ I＝ ISC1ISC2，輸出電壓為零。對圖 a的回路建立電路方程，有 I=Ip+Id 和 )1( /0 ??? TUUp eIII下面以光電池為例介紹無偏置電路的靜態(tài)計算方法。 ΔU。 ΔΦ將形成對應的電流變化 177。該點處的電流電壓值 IQ與 UQ即為 RL上的輸出值。通常光電池多采用上圖 a和 c的電路，光電二極管多采用上圖b的電路。在圖 b的電路中，負載電阻上除串聯光伏器件外尚有與器件端電壓相反方向的偏置電源，組成反向偏置電路。光伏型光電器件輸入電路的計算將根據前述的表達式和相應的伏安曲線以及電路方程進行。有這種伏安特性的光電器件包括光電池和工作于光電池狀態(tài)下的光電二極管等。 )/()/()( m i nm a xLLGGSGGSU????????????0Um i nm a xm a x )( ???? SGUUUG bL0Um a x00 )( ???? SGUUUG bL)/()()/()(m ax0m i nm axLbLLbLGGSUGUGGSUGU????????4）計算輸出電流幅度 由圖 b，輸出電流幅度為： 可得 通常 G，上式可簡化為 5）計算輸出電功率 由功率關系 P=Δ IΔ U可得 22 )]/([)( LLL GGSGUGP ??????LUGIII ????? m i nm a x)/1/()( m i nm a x LL GGSUGI ?????????LG????????? SSI )( m i nm a x 光伏型光電器件輸入電路的靜態(tài)計算 光伏型光電器件的伏安特性是一組以入射光功率為參量的曲線組，分布在伏安坐標系的第四象限。 m a x000 ??? SGUUG0U 0G)/( 0m a x0 GGSU ???0m a x0 / USGG ???0U 0G用解析法計算輸入電路 a) 確定線性區(qū) b) 計算輸出信號 2）計算負載電阻和偏置電壓 為保證最大線性輸出條件，負載線和與 Φ max對應的伏安曲線的交點不能低于轉折點 M。相應的轉 折電壓 或初始電導值 可由圖 a中圖示 關系決定。 ????????????? dsdUgdIdUUIdIUI?????I 在輸入光通量變化范圍 Φ min～ Φ max為已知的條件下，用解析法計算輸入電路的工作狀態(tài)可按下列步驟進行。 0GpIpI 利用折線化的伏安特性，可將線性區(qū)內任意 Q點處的電流值 I表示為兩個電流分量的組合：即與二極管端電壓 U成正比，由結間漏電導 G形成的無光照電流（暗電流） Id和與端電壓無關僅取決于輸入光功率的光電流 Ip。設輸入光功率為 P，對應的光電流為 ，則有 S＝ /P 式中的光功率 P可以是光通量 Φ ，單位 lm，也可以是光照度 E單位 lx 。 c）結間漏電導 G又稱暗電導：線性區(qū)內各平行直線的平均斜率。 0U 折線化伏安特性可用下列參數確定： a）轉折電壓 ：對應于曲線轉折點 M處的電壓值。通常是在轉折點 M處將曲線分作兩個區(qū)域。利用圖解法確定輸入電路的負載電阻 RL和反向偏壓 Ub值時，應根據輸入光通量的變化范圍和輸出信號的幅度要求使負載線稍高于轉折點 M，以便得到不失真的最大電壓輸出，同時保證 Umax不大于器件的最大工作電壓 b) 偏置電壓的影響 解析計算法 利用如圖所示的折線化伏安特性。 1 2 3L L LR R R?? 另一方面，在圖 b中，對應于相同的 RL值，當偏置電壓 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。但 RL的減小會受到最大工作電流和功耗的限制。 a) 負載電阻影響 在圖 a中，當偏置電壓 Ub不變時，對于同樣的輸入光通量 Φo177。例如在大信號檢測情況下可以定性地看到輸出信號的波形畸變。當輸入光通量由 Φ o改變 +ΔΦ （或 ΔΦ ）時，在負載電阻 RL上會產生 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。如圖 b，在伏安特性上劃出負載線 UbIRL，它是斜率為 1/RL，通過 U＝ Ub點的直線，與縱軸交于 Ub/RL點上。 計算光電二極管輸入電路的圖解法 a) 基本電路 b) 圖解法計算 Lb IRIUU ?? )(對于這種簡單電路可列出回路方程 或 式中， U(I)是非線性函數。將圖中所示伏安特性和晶體三極管集電極特性相比較，其形狀類似，只是光電器件的光電流是由輸入光功率控制而晶體三極管是由基極電流控制。 Ub、 RL和光電二極管 V串聯連接。 恒流源型光電檢測器件的伏安特性 a) 光電倍增管 b) 光電二極管 c) 光電三極管 圖解計算法 利用包含非線性元件的串聯電路的圖解法： 圖 a給出了在反向偏置電壓作用下光電二極管的基本輸入電路。隨輸入光通量的改變，各曲線間逐漸近似平行，間距相等。在工作電壓較小的范圍內曲線呈彎曲的趨勢，并且有一轉折點 M。我們將根據器件伏安特性的性質分作： 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。 緩慢變化的光信號通常采用直流檢測電路。器件的裝置空間、受光面積、電源設備、價格等在某些情況下甚至是選擇器件的主要考慮因素，需要根據待設計系統(tǒng)的要求和條件優(yōu)先選定。 為使器件工作可靠，需要使器件在額定條件下使用。