1、第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 第三節(jié)第三節(jié) 光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 光電器件由于自身慣性和檢測電路耦合電容、分布電容等非電阻性參數(shù)的存在，光電檢測電路需要一個(gè)過渡過程才能對快速變化的輸入光信號(hào)建立穩(wěn)定的響應(yīng)。 在光電器件以各種耦合方式和電路器件組成檢測電路時(shí)，其綜合動(dòng)態(tài)特性綜合動(dòng)態(tài)特性不僅與光電器件本身有關(guān)，而且還取決于電路的形式和阻容參數(shù)，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)才能充分發(fā)揮器件固有性質(zhì)，達(dá)到預(yù)期動(dòng)態(tài)要求。 工程上描述檢測通道頻率響應(yīng)的參數(shù)是通道的通頻帶通道的通頻帶 f，它是檢測電路上限和下限截止頻率所包括的頻率范圍。 f 越大，信號(hào)通

2、過能力越強(qiáng)。第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 一、光電檢測電路的帶寬一、光電檢測電路的帶寬 帶寬在低噪前放及耦合電路設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要參數(shù)。探測系統(tǒng)所接收信號(hào)光功率頻譜范圍有限，而噪聲頻譜范圍無限。在在保證信號(hào)有效帶寬前提下，限制光電檢測電路通頻帶可有效保證信號(hào)有效帶寬前提下，限制光電檢測電路通頻帶可有效抑制噪聲。抑制噪聲。 電路帶寬選擇原則：保持信號(hào)頻譜中絕大部分能量通過而削電路帶寬選擇原則：保持信號(hào)頻譜中絕大部分能量通過而削掉部分頻譜能量較低的高頻分量，同時(shí)對信噪比和信號(hào)失真掉部分頻譜能量較低的高頻分量，同時(shí)對信噪比和信號(hào)失真折衷考慮。折衷考慮。例如，檢出

3、正弦調(diào)幅信號(hào)，帶寬只要能通過中心頻率加邊頻分量即可。對于調(diào)頻信號(hào)則可近似取為： (5-55) 式中， fm為所需帶寬；MF是FM調(diào)制系數(shù)； f是負(fù)載波引起的頻移。mF21fMf第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 對于脈沖信號(hào)，其主要頻譜能量集中在f = 01/以內(nèi)，(為脈沖寬度)。在實(shí)際系統(tǒng)中，從提高信噪比的角度考慮，并不要求保持脈沖信號(hào)的形狀。所以通常按實(shí)際需要犧牲高頻分量，保持必要的脈沖特性。也有少數(shù)系統(tǒng)要求保持脈沖形狀不失真或失真很小，這就要求能通過較多的高頻分量。 第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)放大器對矩形脈沖的響

4、應(yīng)特性與放大器帶寬有關(guān)，圖5-16說明了所需保持的脈沖波形和電路的3dB帶寬f之間的關(guān)系。矩形脈沖脈寬越窄，要求放大器的帶寬就越寬。否則脈沖將被展寬，其幅度也隨之下降。f = 0.25時(shí)，隨著f 加寬，輸出信號(hào)幅度與帶寬平方成正比； f = 0.5時(shí)，峰值功率上升，響應(yīng)時(shí)間縮短；帶寬再增加時(shí)，響應(yīng)時(shí)間減小，輸出信號(hào)峰值功率輸出信號(hào)峰值功率很快達(dá)到常數(shù)且與帶寬無關(guān)。由于輸出噪聲功率隨帶寬線性增加，因而存在最佳帶寬最佳帶寬。對于矩形脈沖，當(dāng)f = 0.5時(shí)出現(xiàn)最大值；對于其他形狀脈沖，f =0.25 0.5。 當(dāng)要求保持脈沖形狀脈沖形狀時(shí)，帶寬要求更 寬些。對于矩形脈沖，f = 4時(shí)，才 能準(zhǔn)確保

5、持脈沖形狀。 f 0.5 后輸出峰值幅度已基本不變。 所以從信噪比要求出發(fā)， f 不必超過0.5。第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 二、光電檢測電路的頻率特性二、光電檢測電路的頻率特性 1. 光電檢測電路的高頻特性光電檢測電路的高頻特性 大多數(shù)光電探測器對檢測電路的影響突出表現(xiàn)在對高頻光信號(hào)響應(yīng)的衰減上。首先討論光電檢測電路的高頻特性。 以圖5-17a所示反偏光敏二極管交流檢測電路為例進(jìn)行分析討論。 圖5-17b給出了該電路的微變等效電路圖。高頻狀態(tài)下耦合電容Cc可忽略不計(jì)。第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 電路方程： (

6、5-56) 式中，SE為光電靈敏度；e是入射光照度(e=E0+Emsint)； SE e是輸入光電流；iL是負(fù)載電流； ib是偏置電流； ij是結(jié)電容電流； ig是光敏二極管反向漏電流。 式中各光電量均是復(fù)數(shù)值。LgjbEgjbLLjLbiiiiS eiiiiugj CGG 第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 求解式(5-56)可得: (5-57) 式(5-57)可以改寫成下述形式： (5-58) 式中，0為檢測電路的時(shí)間常數(shù)，0 =Cj/(g+GL+Gb) 。 由式(5-58)可見，檢測電路頻率特性不僅與光敏二極管參數(shù)Cj和g有關(guān)，而且取決于放大電路的參數(shù)G

7、L和Gb。ELLbjLLLS eug GGj CuiREELbLbLjLb11S eS egGGgGGuCjjgGG第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 對應(yīng)檢測電路不同工作狀態(tài)，頻率特性式(5-57)可有不同簡化形式。1) 給定輸入光照度，在負(fù)載上取得最大功率輸出時(shí)，要求滿足 RL= Rb和g Rb （如RL 10Rb ）和Gb g ，此時(shí) (5-62) 時(shí)間常數(shù)和上限頻率分別為 (5-63) 和 (5-64) bE1jLR S eu0bjR CHCbj12fR C第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)3) 電流放大時(shí)希望在負(fù)載上

8、獲取最大電流，要求滿足RLRb時(shí)，有： K=SERb T1=1/1 ， 1為下限截止頻率 T2=1/2 ， 2為上限截止頻率 00LTC R0EbL0KTS R R C01211LUjKj TWjE jjTjTEgbgbS R RKRR第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 輸入電路的振幅頻率特性可表示為 (5-70) 將上式用對數(shù)表示，可得對數(shù)頻率特性為 (5-71)式(5-71)的圖解表示如圖5-18c，圖中虛線表示實(shí)際對數(shù)特性，折線是規(guī)整化特性。022221211KTWjTT01220lgj20lg20lg20lgWKTTT圖圖5-18 c）光敏二極管對數(shù)頻

9、率特性光敏二極管對數(shù)頻率特性第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 從圖5-18c可看出，綜合頻率特性可分為三個(gè)頻段： 1) 低頻段( 1 =1/T1 ) ：此頻段內(nèi)的頻率特性可簡化為： (5-72) 相應(yīng)對數(shù)頻率特性曲線以20dB(10倍頻)的斜率上升，在 =1 =1/T1處曲線變平，曲線數(shù)值比中頻段下降3dB，稱作下限截止頻率，這是檢測電路可能檢測的低頻信號(hào)極限。011LKj TWjjT圖圖5-18 c）光敏二極管對數(shù)頻率特性光敏二極管對數(shù)頻率特性第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)2) 中頻段(1 1和T2 2 =1/T2 )

10、 ：在此頻段內(nèi)，頻率特性可簡化為 (5-74) 對應(yīng)的對數(shù)頻率特性以-20dB(10倍頻)的斜率下降，在= 2 =1/T2處下降為3dB，該頻率稱作上限截止頻率。01H21KT TWjjT圖圖5-18 c）光敏二極管對數(shù)頻率特性光敏二極管對數(shù)頻率特性第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 3光電檢測電路頻率特性的設(shè)計(jì)光電檢測電路頻率特性的設(shè)計(jì) 兩個(gè)基本要求：線性不失真（線性不失真（靜態(tài)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容）和頻率不頻率不失真失真（動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)需解決的主要問題）。 快變復(fù)雜信號(hào)=若干不同諧波分量的疊加。對于確定的環(huán)節(jié)其頻率特性也是唯一確定的。對于多數(shù)檢測系統(tǒng)，可以用其組成單元的

11、頻率特性的簡單計(jì)算得到系統(tǒng)的綜合頻率特性，有利于復(fù)雜系統(tǒng)的綜合分析。 為避免頻率失真，檢測電路通帶應(yīng)以足夠的寬裕度覆蓋住光信號(hào)的頻譜分布。 檢測電路頻率特性設(shè)計(jì)大致包括以下三個(gè)基本內(nèi)容： 1) 對輸入光信號(hào)進(jìn)行傅里葉頻譜分析，確定信號(hào)頻率分布。 2) 確定多數(shù)光電檢測電路的允許帶寬和上限截止頻率。 3) 根據(jù)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)帶寬計(jì)算法，確定單級(jí)檢測電路的阻容參數(shù)。第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 例例5-2 用2DUl型光敏二極管和兩級(jí)相同的放大器組成光電檢測電路。脈沖重復(fù)頻率f=200Hz ，脈寬t0=0.5s，脈沖幅度1V，設(shè)光敏二極管的結(jié)電容Cj=3pF，輸人

12、電路的分布電容C0=5pF,設(shè)計(jì)該電路的阻容參數(shù)。第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 解解 1) 分析輸入光信號(hào)頻譜，確定檢測電路總帶寬。 根據(jù)傅里葉變換函數(shù)表,時(shí)序信號(hào)波形離散頻譜分布如圖5-19b。譜線頻率間隔： 頻譜包絡(luò)線零值點(diǎn)分布間隔： 選取頻譜包絡(luò)線第二峰值（包含15個(gè)諧波成分）作為高頻截止頻率 此時(shí)可以認(rèn)為是不失真?zhèn)鬏敗?取低頻截止頻率為200Hz， 即fH=3MHz， fL=200Hz， 帶寬f=3MHz 。 1200KHzfT 012MHzFtHC200kHz 153MHzf第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

13、2) 確定級(jí)聯(lián)各級(jí)電路的頻帶寬度。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，檢測電路由輸入電路和兩級(jí)相同放大器級(jí)聯(lián)組成。設(shè)三級(jí)帶寬相同，根據(jù)電子學(xué)中系統(tǒng)帶寬計(jì)算公式，相同n級(jí)級(jí)聯(lián)放大器的高頻截止頻率fnHC為 (5-75) 將fnHC = 3MHz和n=3代上式，可算出單級(jí)高頻截止頻率fHC 類似地，單級(jí)低頻截止頻率和多級(jí)低頻截止頻率之間關(guān)系為： (5-76) 對于fnLC = 200Hz ，可計(jì)算出fLC = 102Hz 。1nHCHC21nffHC1 336MHz21fLCnLC121nff第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 3) 計(jì)算輸入電路參數(shù)。 帶寬為6MHz的輸入電路應(yīng)采用

14、電流放大方式，利用前述有關(guān)公式（5-67）可得： 選為2k。 RL亦為后級(jí)放大器輸入阻抗，為保證RL Rb ，取Rb =10RL =20k 。 耦合電容C由低頻截止頻率fLC決定： 因fLC = 102Hz，故C為： 取C =1F，對于第一級(jí)耦合電容可適當(dāng)增大10倍，取為10F 。L612HCj011k3.3k2 6 108 102RfCC LCbL12fRRC321F0.07F6.28 22 1010C 第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)第五章第三節(jié)光電檢測電路的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 4) 選擇放大電路。 選用二級(jí)通用的寬帶運(yùn)算放大器，放大器輸入阻抗Ri2k ，放大器通帶要求為6MHz，實(shí)際取為10MH

15、z。 按上述估算得到的檢測電路如圖5-19c所示。輸入電路直流電源電壓50V，低于2DUl型光敏二極管最大反向電壓。并聯(lián)的500 F電容用以濾除電源的波動(dòng)。為減少Cc電解電容寄生電感的影響，并聯(lián)了Cp = 200 pF的電容。第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 兩個(gè)來源：系統(tǒng)外部干擾噪聲外部干擾噪聲和內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲。 外部干擾噪聲來自市電、無線電臺(tái)、電火花、脈沖放電、機(jī)械振動(dòng)、雷電、太空輻射源隨機(jī)波動(dòng)、光調(diào)制與光傳輸介質(zhì)的湍流和背景光起伏、雜光干擾等。對電磁干擾電磁干擾可以采用適當(dāng)?shù)钠帘巍V波等方法減小或消除；對光輻射干擾對光輻射干擾可以采用穩(wěn)定輻射源、

16、遮斷雜光、光學(xué)濾波、反饋控制、差動(dòng)抑制以及采用濾光片、偏振片等。 內(nèi)部噪聲主要由元器件中帶電粒子的不連續(xù)性(粒子性)及局部不均(漲落)造成，包括熱噪聲、散粒噪聲、產(chǎn)生熱噪聲、散粒噪聲、產(chǎn)生-復(fù)合噪復(fù)合噪聲、聲、1f 噪聲噪聲等，這些干擾是系統(tǒng)固有的，如何對內(nèi)部噪聲進(jìn)行抑制是微弱光電信號(hào)檢測的重要任務(wù)。第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 一、噪聲的類型一、噪聲的類型 1熱噪聲熱噪聲 由耗散元件中電荷載流子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起。任何有電阻的材料都有熱噪聲。當(dāng)電阻處于0K以上環(huán)境溫度條件下，自由電子的熱運(yùn)動(dòng)將形成起伏變化的噪聲噪聲電流電流。其大小與極性

17、均在隨機(jī)變化，其長時(shí)間的平均值等于零。但在短時(shí)間間隔內(nèi)，這些電流的隨機(jī)起伏就形成噪聲電流。載流子均方速度與熱力學(xué)溫度成正比，噪聲電流隨溫度增高而增加，因此稱為熱噪聲。 第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 熱噪聲電流常用均方值表示。在純電阻情況下 (5-77) 電阻兩端產(chǎn)生的噪聲電壓均方值為： (5-78) 可見，噪聲功率與測量系統(tǒng)頻率無關(guān)，在整個(gè)無線電頻帶內(nèi)，噪聲功率譜密度屬于白噪聲。R=1k時(shí)，室溫下，f =1Hz的帶寬內(nèi)的方均根熱噪聲電壓約為4nV。對于f =500kHz的系統(tǒng)，若放大器增益為104，則放大器輸出端可有約28mV的熱噪聲方均根電壓值。可

18、見，檢測電路通頻帶對白噪聲輸出電壓有很強(qiáng)的抑制作用。在微弱光信號(hào)探測中，如何減小熱噪聲的影響是光電技術(shù)中的一個(gè)重要問題。1 2nT4kT fIR1 2nT4EkRT f第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 2散粒噪聲散粒噪聲 由載流子的微粒性引起。出現(xiàn)在光電子發(fā)射器件和光伏型器件中，如PMT光陰極和二次電子發(fā)射，光伏器件中穿過PN結(jié)的載流子漲落等。 散粒噪聲電流均方值為： (5-79) 光電探測器的暗電流也同樣引起散粒噪聲，因此無光照時(shí)的暗電流噪聲為： (5-80) 據(jù)式(5-80)可見，散粒噪聲與溫度無關(guān)，屬白噪聲的一種。1 2nshDC2IqIf1 2n

19、pp2IqIf第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 3產(chǎn)生產(chǎn)生-復(fù)合噪聲復(fù)合噪聲 光電導(dǎo)探測器因光或熱激發(fā)產(chǎn)生載流子和載流子復(fù)合這兩個(gè)隨機(jī)性過程，引起電流隨機(jī)起伏而形成。是半導(dǎo)體輻射探測器件中的一種主要噪聲。該噪聲的電流均方值為： (5-81) 由式(5-81)見，產(chǎn)生-復(fù)合噪聲與頻率f 有關(guān)，屬于非白噪聲。在相對低頻(即42f 221)條件下，公式可簡化為： (5-82) 該式與散粒噪聲表達(dá)式相類似，可近似認(rèn)為是白噪聲。有時(shí)把 / e=G 稱為光電導(dǎo)器件內(nèi)增益，上式又可寫為：1 2en222414qIfIf 1 2ne4IqIf 1 2n4IqIG f第五

20、章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 41/f 噪聲（閃爍噪聲）噪聲（閃爍噪聲） 也是半導(dǎo)體輻射探測器件中的一種基本噪聲，通常由元件中局部缺陷或微量雜質(zhì)引起。噪聲電流通常表示為： (5-83) 式中，k1為比例系數(shù)，與器件制造工藝、電極接觸情況、半導(dǎo)體表面狀態(tài)及器件尺寸有關(guān)；為與流過器件電流有關(guān)的常數(shù)，常取為2；為與器件材料性質(zhì)有關(guān)系數(shù)，對大多數(shù)材料可近似取為1。因此式(5-83)可以寫成： (5-84) 可見，該噪聲的功率與電路頻率成 f 反比。非白噪聲，主要出現(xiàn)在lkHz以下低頻區(qū)。lkHz后，與其他噪聲相比，可忽略不計(jì)。采用較高調(diào)制頻率可避免或大大減小1/

21、f 噪聲電流的影響。1 21nk IfIf1 221nk IfIf第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 5溫度噪聲溫度噪聲 無輻射存在時(shí)，探測器在某一平均溫度T0附近呈現(xiàn)一個(gè)小的起伏，這種溫度起伏引起的探測器輸出起伏稱為溫度噪聲。為熱敏探測器件的主要噪聲，限制了熱敏探測器所能探測的最小輻射能量。該噪聲可用溫度起伏的均方值表示： (5-85) 式中，GQ為器件的熱導(dǎo)。1 22n22Q41kTfTG 第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制小結(jié)： 上述噪聲為光電探測器件本身所固有，不可消除； 具有隨機(jī)起伏性； 覆蓋頻譜范圍很寬；

22、與有用信號(hào)同時(shí)存在，相互混淆，限制了檢測系統(tǒng)分辨率的提高。 光電檢測電路設(shè)計(jì)中，需進(jìn)行綜合噪聲估算，以確保可靠檢測所必需的S/N。 第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 二、噪聲的等效處理二、噪聲的等效處理 噪聲的等效處理將各種器件的噪聲等效為相同形式的均方值(或有效值)電流源的形式，以便與其他電路器件一起以統(tǒng)一的方式建立起等效噪聲電路。 1等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬 為噪聲量的一種表示形式，定義為最大增益矩形帶寬，如圖5-20，可表示為： fe：等效噪聲帶寬；AP（f）：相對 功率增益； APM：功率增益最大值； D（f）：等效于電路輸入端歸一化 噪聲功率譜

23、。 eP0PM1( )( )fAf D f dfA(5-86)第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 白噪聲情況下， D（f） =1，則有： (5-87) 當(dāng)電路頻率響應(yīng)為帶通型時(shí)，上式可改寫為： (5-88) 如圖5-20， APM為中心頻率上所對應(yīng)的功率增益；當(dāng)電路頻率響應(yīng)為低頻型時(shí)， APM即為零頻上 的功率增益。 fe是虛線構(gòu)成的等效矩形面積的 寬度， 稱為等效噪聲帶寬，是網(wǎng) 絡(luò)通過噪聲能力的一種量度。eP0PM1( )fAf dfAPMeP0PM1( )AfAf dfA第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 2阻容器

24、件的噪聲等效處理阻容器件的噪聲等效處理 簡單電阻的噪聲等效電路如下圖a，熱噪聲電流源IT和電阻R并聯(lián)。對于由兩個(gè)電阻R1和R2串聯(lián)或并聯(lián)組成的合成電路，可以證明，綜合噪聲電流等于合成電阻提供的噪聲電流，并表示為 (5-89) 串聯(lián)時(shí)， R = Rs=R1 + R2 ，如下圖b；并聯(lián)時(shí)， R = Rp= R1 R2 /（R1 + R2），如下圖c。2nT4IkT f R第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 在更復(fù)雜情況下，先將所有電阻合成，畫出簡化電路，再根據(jù)式(5-89)確定噪聲等效電流源。 RC并聯(lián)時(shí)，C的頻率特性使合成阻抗隨頻率增加而減少。合成電阻： (

25、5-90) 因此，并聯(lián)RC電路的噪聲電壓有效值為： (5-91) 式中1/（4RC），就是電路的等效噪聲帶寬 fe ，即： (5-94) 2nT2004d4d124/(4)RUkTR ffkTffRCkTRRC 212R fRfRCe1 4fRC第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 (5-94) 結(jié)論：并聯(lián)并聯(lián)RC電路對噪聲的影響相當(dāng)于使電阻熱噪聲頻譜分電路對噪聲的影響相當(dāng)于使電阻熱噪聲頻譜分布由白噪聲變窄為等效噪聲帶寬布由白噪聲變窄為等效噪聲帶寬 fe ，其物理意義見圖5-20。頻帶變窄后的噪聲非均勻分布曲線所包圍的圖形面積等于以為 fe帶寬，4kTR為恒

26、定幅值的矩形區(qū)的面積。即用均勻等幅等效帶寬代替了實(shí)際噪聲頻譜的不均勻分布。因此，式(5-93)可改寫為： 此即阻容電路熱噪聲的一般 表示式。e1 4fRC2nTe4UkTR f(5-95)第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 三、典型光電檢測電路的噪聲估算三、典型光電檢測電路的噪聲估算估算目的估算目的: (1) 確定器件和電路的固有噪聲電平; (2) 計(jì)算信噪比; (3) 估算出為保證可靠檢測所必須的最小輸入光功率值。具體步驟：具體步驟： (1) 確定檢測器件和前級(jí)電路的噪聲源； (2) 計(jì)算等效電路和復(fù)合阻抗下的噪聲等效帶寬，畫出檢測電 路的噪聲等效電路；

27、 (3) 根據(jù)噪聲等效電路計(jì)算噪聲輸出電壓、信噪比和最小輸出 光功率值。第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 PMT整管噪聲取決于光電陰極和倍增極的散粒噪聲。陽極電流的微粒噪聲有效值表示為： (5-96) M：倍增系統(tǒng)放大倍數(shù)；：噪聲增強(qiáng)因子，對靜電聚焦型結(jié)構(gòu)， =1.53.0。檢測電路負(fù)載電阻RL上熱噪聲電流為： (5-97) 因此，RL上總噪聲輸出電流IN為： (5-98) 對大多數(shù)PMT檢測電路，第二項(xiàng)熱噪聲同第一項(xiàng)散粒噪聲相比很小。例如，IA=10-10A，M=106108， RL =104105時(shí)，4kTRL2qIAM 。故IN變?yōu)椋?(5-99)

28、 式中，陽極電流IA是暗電流Id 和光電流直流分量IA0的總和。sAA2IqI M fnTL4/IKT fRNAL24/IqI MfKT fR NA2IqI Mf第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制檢測閾值光照度的弱光時(shí)，IA0 =0，總噪聲電流INm取決于暗電流Id ，有： (5-100)RL上噪聲輸出電壓為： (5-101)RL上有并聯(lián)電容時(shí)，由于 (5-102)因此 (5-103)陽極輸出總信噪比SNRA是直流光電流IA與噪聲電流IN有效值之比，即 (5-104)Nmd2IqI MfNmdL2UqI Mf Re14fRCeL14ffR C AAA2IS

29、NRqI Mf第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制 例例5-3 光電倍增管的陰極積分靈敏度SK=30A/lx，陽極積分靈敏度SA=30A/lx ，輸入電路是電阻R=105和電容C0=0.1F的并聯(lián)，陰極面積A為80mm2，要求信號(hào)電流為IL=10-4A，分別計(jì)算等效噪聲帶寬和檢測電路高頻截止頻率、陽極噪聲電流、負(fù)載電阻上的噪聲電壓和信噪比。 解解 1) 等效噪聲帶寬和檢測電路高頻截止頻率 e57011Hz25Hz44 1010fRCHCe01215.9Hz2ffRC第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制第五章第四節(jié)光電檢測系統(tǒng)的噪聲與抑制2) 陽極噪聲電流和負(fù)

30、載上的噪聲電壓 散粒噪聲電流 式中，令=2.5，則 熱噪聲電流 總噪聲電流 負(fù)載上的噪聲電壓3) 信噪比 1948e61022 1.6 1010252.5A2.58 10 A30 10nsLIqI Mf66AK1030 100.3 10MSS1012enT1.29 102.0 10AfIR2228NnsnTns2.58 10 AIIII853NN2.58 1010 V2.58 10 VUI R44LA8N100.38 102.58 10ISNRI第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 光電探測系統(tǒng)中，探測器輸出信號(hào)很微弱，一般為微伏數(shù)量級(jí)，只有經(jīng)充分放大和耦合處理后才

31、能記錄下來。 一、前置放大電路的設(shè)計(jì)一、前置放大電路的設(shè)計(jì) 光電器件偏置電路輸出信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮增益、帶寬、阻抗匹配和穩(wěn)定性等，再在此基礎(chǔ)上考核噪聲的影響。信號(hào)很小時(shí)，設(shè)計(jì)低噪前放十分重要，盡力抑制噪聲是考慮問題的出發(fā)點(diǎn)。 選定探測器和相應(yīng)偏置電路以后就可知所獲信號(hào)和噪聲的大小。用恒壓源或恒流源來等效探測器和偏置電路的輸出信號(hào)，如圖5-23。用源電阻的熱噪聲來等效探測器和偏置電路的總噪聲，用最小噪聲系數(shù)原則設(shè)計(jì)前放。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 1前置放大器的設(shè)計(jì)步驟前置放大器的設(shè)計(jì)步驟 由于光電探測器不同、要求不同以及設(shè)計(jì)者思考方式不同，前放電路

32、型式差別很大，一般步驟大致如下： 1) 測試或計(jì)算光電探測器及偏置電路的源電阻Rs。 2) 從噪聲匹配原則出發(fā)，選擇前置放大器第一級(jí)的管型： Rs 100，可采用變壓器耦合； 10 Rs1M，選用半導(dǎo)體晶體管； 1kRs1M，選用運(yùn)算放大器(OPAMP)； 1kRs 1M，選用MOS場效應(yīng)晶體管(MOS-FET)。 3) 管型選定之后，第一、二級(jí)應(yīng)采用噪聲盡可能低的器件，按最佳源電阻原則來確定管子工作點(diǎn)，并進(jìn)行工作頻率、帶寬等參量的計(jì)算及選擇。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 2放大器頻率及帶寬的確定放大器頻率及帶寬的確定 參量選擇時(shí)，需從減小噪聲影響原則出發(fā)，

33、正確選擇工作頻率及帶寬。1）根據(jù)光電探測器噪聲譜和選定放大器典型噪聲譜，確定工作頻率。 典型探測器噪聲譜如圖5-24a，低頻時(shí)主要是1/f 噪聲，隨頻率增高而減小。 頻率繼續(xù)升高則進(jìn)入以散粒噪聲等白噪聲形式為主區(qū)域。頻率應(yīng)選在此區(qū)域中。典型晶體管放大器噪聲系數(shù)F的頻率特性如圖5-24b，綜合考慮，工作頻率應(yīng)選在兩者共同的噪聲較低的頻區(qū)中。 實(shí)際選擇工作頻率時(shí)還需考慮探測器頻率特性，應(yīng)選在靈敏度開始下降的頻率之前，即頻率不應(yīng)選擇得過高。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 2) 按白噪聲特點(diǎn)，工作頻率選定后，應(yīng)盡可能減小電路帶寬。這是減小噪聲影響的重要措施，可采用選頻

34、放大、鎖相放大等技術(shù)。 3) 當(dāng)信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)變化，不能選用固定頻率的窄帶濾波方式工作時(shí)，除確定必要窄帶外，可采用設(shè)計(jì)選通積分器方法來抑制噪聲。具體做法：在選通時(shí)間內(nèi)，把信號(hào)取出并經(jīng)積分器積分，而積分作用對噪聲來說是取平均值，對信號(hào)來說是疊加增強(qiáng)，從而達(dá)到抑制噪聲、提高信噪比目的。 4) 在某些系統(tǒng)如脈沖系統(tǒng)中，為保持信號(hào)波形，必須采用帶寬較寬的處理電路，電路系統(tǒng)頻率特性由濾波器帶寬決定。如要保持矩形脈沖波形，則要求無限寬帶寬，即使在白噪聲情況下，帶寬增寬，噪聲功率也要按正比增加，從而使信噪比下降。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 3前置放大器的噪聲前置放

35、大器的噪聲 1）放大器的噪聲模型）放大器的噪聲模型 放大器中每一個(gè)元件工作時(shí)都是一個(gè)噪聲源，很難單獨(dú)從噪聲觀點(diǎn)進(jìn)行分析。簡化的放大器噪聲模型如圖5-25。放大器內(nèi)所有噪聲源都折算到輸入端，即一個(gè)串聯(lián)在輸入端的噪聲電壓源Un和一個(gè)與輸入端并聯(lián)的噪聲電流源In 。其中，Un的阻抗為零，In的阻抗為無限大。放大器內(nèi)部則成為一無噪聲放大器，Un和In可通過測量得到。如此等效后，對放大器內(nèi)部噪聲過程的研究可簡化為分析Un和In在電路中的作用。圖5-25模型稱為放大器Un-In模型。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 2) 等效輸入噪聲等效輸入噪聲 采用Un-In噪聲模型后，

36、信號(hào)源與放大器組成的系統(tǒng)的噪聲源可歸結(jié)為三個(gè)：Un、In和Ut，其共同作用效果可以用等效輸入噪聲Uni表示。 為得到Uni與Un、In和Ut 的關(guān)系，必須求得各噪聲源在放大器輸出端產(chǎn)生的總噪聲電壓。 圖5-25所示放大器輸入端噪聲電壓為： （5-105） 設(shè)放大器電壓增益為Au ，則放大器輸出端總噪聲為： （5-106）1 2222222ntinisi22sisiUUZI Z RURZRZ1 2222222ntinisnouiu22sisiUUZI Z RUAUARZRZ第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 從信號(hào)源到放大器輸出端的傳輸函數(shù)稱為系統(tǒng)增益Kt (5-1

37、07) Us：輸入電壓信號(hào)； U0：放大器輸出電壓信號(hào)，并且： (5-108) 因此 (5-109) 可見，系統(tǒng)增益Kt與放大器電壓增益Au不同， Kt不僅與放大器有關(guān)，還與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)。t0sKUUsi0usiU ZUARZuitsiA ZKRZ第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 3) 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 理想無噪放大器輸出端噪聲僅為放大了的輸入端噪聲。由于實(shí)際放大器本身存在噪聲，故其輸出噪聲必然大于理想情況。 為正確評價(jià)放大器噪聲特性，常用估計(jì)參量為噪聲系數(shù)F放大器輸出端總輸出噪聲功率與源電阻在放大器輸出端噪聲功率之比： (5-113) Kp：放大器功率增益；

38、 Ppi：放大器輸入噪聲功率，即源電阻產(chǎn)生的噪聲功率； Kp Ppi表示源電阻在放大器輸出端產(chǎn)生的噪聲功率。noPniPFK P第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 根據(jù)等效輸入噪聲Uni的定義，將放大器所有噪聲源都折算到信號(hào)源處，即： (5-110) 將式(5-107)代入上式，得： (5-111) 此為等效輸入噪聲一般表示形式，適用于任何有源網(wǎng)絡(luò)。式中Ut是源電阻熱噪聲： (5-112)ninotUUK2222nintnSUUUI Rts4UkTRf第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 4前置放大器的低噪聲設(shè)計(jì)前置放大器的低噪聲設(shè)計(jì)

39、設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮耦合網(wǎng)絡(luò)、反饋電路和偏置電路噪聲影響，并盡可能實(shí)現(xiàn)光電探測器與前置放大器的噪聲匹配。 (1) 探測器與前置放大器耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)探測器與前置放大器耦合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 探測器與前置放大器通過耦合方式連接，耦合網(wǎng)絡(luò)中包含的串聯(lián)或并聯(lián)阻抗元件都將引人附加的噪聲。為使附加噪聲的影響可以忽略，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下三條準(zhǔn)則： 1）對于耦合網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)阻抗元件，應(yīng)使： (5-114) Rcs和Xcs：串聯(lián)的阻性和容性阻抗。 2）對于耦合網(wǎng)絡(luò)中的并聯(lián)阻抗元件，應(yīng)使： (5-115) Rcp和Xcp：并聯(lián)的阻性和容性阻抗。 3）為減小電阻元件的過量噪聲，噪聲網(wǎng)絡(luò)中電阻兩端直流電壓應(yīng)盡量減小。過量噪聲電阻中

40、流過直流電流時(shí)產(chǎn)生的1/f 噪聲。csnncsnnRUIXUIcpnncpnnRUIXUI第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 (2) 負(fù)反饋電路的影響負(fù)反饋電路的影響 負(fù)反饋常被用來改善電路性能。通過噪聲性能分析可發(fā)現(xiàn)，任何反饋網(wǎng)絡(luò)的存在都會(huì)使放大器噪聲性能下降。串聯(lián)反饋的影響，等效于反饋合成電阻(反饋支路的總電阻)與信號(hào)源(探測器)串聯(lián)；并聯(lián)反饋的影響等效于反饋合成電阻與信號(hào)源的并聯(lián)。根據(jù)耦合網(wǎng)絡(luò)低噪聲條件，為減小反饋電路對放大器噪聲性能影響，要求： 1) 對于串聯(lián)負(fù)反饋，反饋合成電阻應(yīng)遠(yuǎn)小于Un/ In 2) 對于并聯(lián)負(fù)反饋，反饋合成電阻應(yīng)遠(yuǎn)大于 Un/ In

41、 上述條件稱為反饋電路的低噪條件低噪條件。 (3) 低噪聲運(yùn)算放大器的選用低噪聲運(yùn)算放大器的選用 低噪前放設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在一般直接選用直接選用性能優(yōu)良的低噪運(yùn)放(如OP24273437227系列或AD797等)，一般不再單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇時(shí)，既要考慮運(yùn)放參數(shù)中給出的噪聲電壓，還要根據(jù)式(5-111)考察信號(hào)源內(nèi)阻和運(yùn)算放大器的噪聲電流。也可利用用分貝表示的放大器噪聲系數(shù)NF對信號(hào)源內(nèi)阻的曲線進(jìn)行直觀選擇。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 二、光電耦合電路設(shè)計(jì)二、光電耦合電路設(shè)計(jì) 實(shí)際光電檢測電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種干擾信號(hào)。對于模擬電路，可采用各種濾波、屏蔽、

42、接地等技術(shù)，有效降低各種干擾影響，保證光電測量的準(zhǔn)確性和可靠性。而對于各種數(shù)字電路，例如光電開關(guān)電路、光電脈沖電路等，常常會(huì)帶來比模擬電路更嚴(yán)重的干擾噪聲。若電路抗干擾能力差將導(dǎo)致測量、控制準(zhǔn)確性的降低，產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而帶來破壞性后果。因此，一般不能采用直接饋入輸入方法，否則系統(tǒng)工作將很不安全。 光電耦合與隔離技術(shù)是一種簡便且行之有效的方法，其技術(shù)關(guān)鍵就是破壞“地”干擾傳播途徑，切斷干擾信號(hào)進(jìn)入光電檢測電路及后續(xù)電路系統(tǒng)的途徑，可有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。硬件上常用光耦合器件實(shí)現(xiàn)。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 1光耦合器原理光耦合器原理 光耦合器件是把發(fā)光

43、器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏晶體管)組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電-光和光-電的轉(zhuǎn)換器件。圖5-26為常用晶體管型光耦合器原理圖。當(dāng)電信號(hào)送入光耦合器輸入端Ui時(shí)，發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光，光敏晶體管受到光照后導(dǎo)通并產(chǎn)生電流；當(dāng)輸入端無信號(hào)，發(fā)光二極管不亮，光敏晶體管截止。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路光耦合器能有效抑制尖脈沖和各種噪聲干擾，提高信噪比，主要原因有： 1) 耦合器輸入阻抗很小耦合器輸入阻抗很小，只有幾百，而干擾源阻抗較大（105106）。據(jù)分壓原理，即使干擾電壓幅度較大，但饋送到光耦合器輸入端噪聲電壓會(huì)很小，只能形成很微弱電流不能

44、使LED發(fā)光，從而被抑制掉。 2) 耦合器輸入回路與輸出回路之間無電氣聯(lián)系，也無共地耦合器輸入回路與輸出回路之間無電氣聯(lián)系，也無共地；各種噪聲都難以通過光耦合器饋送到另一邊，避免了共阻抗耦合干擾信號(hào)的產(chǎn)生。 3) 輸入端是LED，干擾信號(hào)即便幅值很高，也因無足夠能量不能使LED發(fā)光，從而抑制了高峰尖脈沖沖擊，使來自光電器件或輸入電路各種干擾噪聲都被擋在輸入回路。 4) 耦合器可起到很好的安全保障作用。輸入/輸出回路間可以承受幾kV高壓。 5) 光耦合器響應(yīng)速度極快光耦合器響應(yīng)速度極快，響應(yīng)延遲時(shí)間：10s。 6) 輸入信號(hào)在電平上不必與TTL或CMOS完全兼容，也不必設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路。無論輸入

45、值多大，都可通過調(diào)整限流電阻Ri大小，使耦合器件內(nèi)部LED導(dǎo)通或關(guān)斷電流。 7) 若光敏管基極有引出線，可設(shè)計(jì)相應(yīng)電路滿足溫度補(bǔ)償、檢測調(diào)制要求。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 2數(shù)字信號(hào)光電耦合電路數(shù)字信號(hào)光電耦合電路 光電耦合電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要保證光耦合器兩端的電路載電器上完全隔離保證光耦合器兩端的電路載電器上完全隔離，否則將失去采用光耦合器的意義和作用。 (1) 輸入電路設(shè)計(jì)輸入電路設(shè)計(jì) 常用光耦合器輸入電路形式如圖5-27。 對于光電器件或光電輸入電路輸出信號(hào)較強(qiáng)情形，可直接驅(qū)動(dòng)光耦合器的LED，如圖5-27a、b，其中圖a）為高電平驅(qū)動(dòng)，輸入信號(hào)為高

46、電平時(shí)光耦合器導(dǎo)通；圖b）為低電平驅(qū)動(dòng)，輸入信號(hào)為低電平時(shí)光耦合器導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號(hào)較弱時(shí)，可以采用圖c）形式，通過增加一個(gè)晶體管增大驅(qū)動(dòng)電流，保證光耦合器的LED被點(diǎn)亮。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 (2) 輸出電路設(shè)計(jì)輸出電路設(shè)計(jì) 圖5-28為常用晶體管型光耦合器輸出電路形式。圖a為同相輸出形式，輸出電平與輸入電平極性相同。當(dāng)輸入高電平信號(hào)送入光耦合器輸入端Ui時(shí)，LED通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后導(dǎo)通，輸出Uo與電源Upp相同，為高電平“1”。圖b為反相輸出形式，輸出電平與輸入電平極性相反。當(dāng)輸入高電平信號(hào)送入光電耦合器輸入端Ui時(shí)，LED通過電流

47、而發(fā)光，光敏元件受到光照后導(dǎo)通，輸出Uo與地電平相同，為低電平“0”。圖c為電流放大輸出形式，可提高電路穩(wěn)定性和可靠性。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 3模擬信號(hào)光電耦合電路模擬信號(hào)光電耦合電路 某些場合，例如生物信號(hào)檢測、工業(yè)現(xiàn)場測試、高壓信號(hào)檢測等，測量系統(tǒng)往往需對模擬電信號(hào)進(jìn)行有效隔離。前述各種光電耦合電路中存在明顯非線性和溫漂，不適于模擬信號(hào)的隔離。主要原因： LED本身存在非線性，流過LED的電流與輸入電壓信號(hào)不滿足線性關(guān)系； LED存在死區(qū)電壓，只有當(dāng)輸入信號(hào)大于死區(qū)電壓時(shí)，光耦合器才能有輸出信號(hào)； LED管壓降受溫度影響較大，導(dǎo)致輸入與輸出關(guān)系漂

48、移。 模擬信號(hào)對光耦合器的基本要求，就是具備較寬的線性范圍。光耦合器中的LED和光敏晶體管存在著一定線性工作范圍。經(jīng)實(shí)際測試找到此線性段，加上合理設(shè)計(jì)光電耦合電路，完全可實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的線性隔離和傳輸。第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 圖5-29為一種簡易模擬信號(hào)線性光電隔離電路示意圖，光耦合器的LED被接入運(yùn)算放大器的負(fù)反饋回路中，此時(shí)流經(jīng)LED的電流為： (5-116) 顯然，I與輸入電壓Ui有關(guān)，且為線性關(guān)系。通過仔細(xì)調(diào)節(jié)電阻Ri，使光耦合器處于線性段，便可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的線性隔離傳輸。i1IUR第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 為進(jìn)一步提高線性度，需采用反饋技術(shù)設(shè)計(jì)隔離電路。圖5-30中采用兩個(gè)規(guī)格和特性完全相同的光耦合器PH1和PH2。 PH1用于隔離傳輸，PH2用于反饋控制。兩者并聯(lián)使用，驅(qū)動(dòng)端串聯(lián)，由同一電流驅(qū)動(dòng)。由于PH1和PH2完全相同，因此電流I1= I2 。由于I2 = Ui / R1 ， I1 = Uo/ Rf，因此有： (5-117) 顯然，輸出電壓與輸入電壓成嚴(yán)格線性關(guān)系。與此同時(shí)，該電路還具有較好溫度補(bǔ)償特性， 可在一定程度上補(bǔ)償 溫度波動(dòng)造成的漂移。foi1RUUR第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路第五章第五節(jié)前置放大及光耦合電路 4光耦