光电转换电路
光电转换原理及电光转换原理
②光敏靶
光敏靶是由几层不同的半导体材料构成的，其厚度只有10-20µm。
朝向景物的一侧是信号板也叫信号电极，它是喷涂在玻璃上的一层透明
金属导电层，在信号板的另一侧，则蒸镀了一层具有内光电效应的光敏半
导体材料。该材料在光的照射下电导率增加（即电阻减少），被摄景物各部
分亮度不同，靶面上各部分的电导率相应变化，与较亮像素对应的靶单元
二、光电转换原理及电光转换原理
1．光电转换原理
光电转换是靠摄像管来完成的，其结构如图1-4所示：
图1-4光电导摄像管
⑴组成
①电子枪灯丝用来加热阴极
阴极发射电子
栅极控制电子流的大小
（第一阳极）加速极（A1），加有300V电压
（第二阳极）聚焦极（A2）加有0-300V的电压
网电极与A2连在一起，在靶前形成均匀减速电场，
重现的亮度为B0，要保证不失真的重现图像必须使Bd与B0成性线关系，
即
Bd=KB0（K为常数）
（1-5）
这就要求从摄像（取）到重现的整个电视系统必须是线性的。
①电视系统存在的非线性
A．摄像管的非线性失真
设摄像管的输出电压为E0，则
E0=K 1 1
0 r B（1-6）
式中K 1为常数
1为摄像管的非线性失真系数，一般情况1≤1，目前可
式中3 K为常数
3为显像管的非线性失真系数，该值一般为3=2-3间
于是，整个系统的亮度传输特征为：
Bd= 3 K 3 r
d E
= 3 K（K 2 2
0 r E）3
= 3 K [K 2（K 1 1
0 r B）2] 3
= 3 K．K 2 3．K 1 3 2．B0 3 2 1
光电转换电路
光电转换电路
当弹丸穿过光幕靶时，光电二极管感应变化的光通
量而产生变化的光电流，经过光电转换电路把光电流转换成电压信号，再经过后续放大电路的处理提取出有效过靶信号。
图9为光电转换电路，C，C为滤波电容R为偏置电阻，R 为取样电阻，C提供交流耦合，IN端为放大电路提供输入信号。
光电转换电路
放大电路
经光电转换后获取的电信号比较微弱，需要对其进行进一步的放大、滤波处理，从而提取出有效的过靶电信号。
本设计使用2片AD823运算放大器顺序级联，组成3级放大电路以及一个电压跟随器电
路，总放大倍数在1000倍左右。
AD823是双通道运算放大器，具有输入失调电压低、压摆率大、带宽范围大等特点，满足信号放大电路的使用要求。
图10为第一级放大电路图，图11为第二级放大电路图，图12为第三级放大电路图。
图10第一级放大电路图、
其中图12中第三级放大电路输出端直接与一个电压跟随器相连，然后经过一个无源低通滤波器后输出信号。
第一级为前置放大电路，具有低噪声、低输出阻抗、信号带宽大的
特点，对信号进行低噪声前置放大处理，为减少引入噪声干扰采用5倍放大，第二级、第三
级分别采用10倍、20倍放大；对微弱信号进行放大的过程中，同时使用有源滤波和无源滤波，组成了带通滤波器，在对信号进行放大的同时进行滤波处理。
图经过信号处理的过靶信号波形图。
图中弹丸目标过靶信号明显，完全满足速度测试要求。
图11第二级放大电路图
图12第三级放大电路图
图13过靶信号波形图。
电子教材-光电转换电路大全
parallel with RF. In addition, low-pass filtering can be accomplished by adding a passive RC low-pass filter (LPF) on the DAC output, the OPA445 output, or both. Low noise on the bias supply is important, noise on an APD bias supply will feed through into the following stage–usually a transimpedance amplifier.
1 1 10 100 1k 10k 100k 1M Frequency (Hz)
FIGURE 3. APD Bias Supply Small Signal Bandwidth.
– V+ 85V + OPA445 0V to +2V Input = 0V to +80V Output U1 3 2 VIN RIN 11.3kΩ 7 V+ V– 4 5 6 1
C2 1nF
RSERIES 50kΩ C1 1nF RF 442kΩ RSHUNT 100kΩ
Simplified APD Model
CSHUNT 10pF
– V– 5V +
FIGURE 1. Positive Bias Supply Circuit Diagram. 2
SBEA001
The circuit’s transient response in Figure 4 shows a clean step response with no peaking or overshoot. The OPA445 is now offered in a SO-8 surface–mount package, so adding a programmable APD bias supply into a corner of a larger PCB layout is now feasible. This bias supply circuit can easily be reconfigured to supply a 0V to –80V output by changing the op amp’s supplies to +5V and –85V. A 0V to –2V input is required, but a 0V to +2V input can be used if the input is connected to RIN and the op amp noninverting input is grounded. This changes the op amp to an inverting configuration. Note that the circuit’s input impedance is now lower (equal to RIN) if the OPA445 is used as an inverter. The familiar inverting op amp gain equation is:
光电转换及调理电路的设计
李 岩 哈 尔滨 师 范 大学 １０２ ５０ ５
【 摘
要】 时代在发展 ， 人类在进 步， 科学技 术使 社会有 了质的飞跃， 光在人 类生活中扮 演着越 来越 重要 的角 色， 在科 学领域 更是拥有重要地位。
尤其是在 电子测量 、 通讯、 传感等领域。因此 ， 新兴的光 系统和原有的 电系统的融合将会是未来一段 时间里亟待解决的问题 和长期 的研 究方向。从而 掌握光电转换的理论基础和原理 、 实现的方法 、 如何提 高放大倍数等方面的知识对光电转换技术有着重大的现实意义。 【 关键词 Ｊ 光电转换 放大电路 滤波电路 中图分类号：Ｂ ７ 文献标识码 ： 文章编号 ：０９— ０７ ２ １ ）４—０ ２ ０ Ｔ５ Ａ １０ ４６ （０ ０ ０ １６— ２
—
１ ．光电转换电路的基本构成
由于光 电探测管接收到的信号一般都很微弱 ， 无法直接进行处理 ， 而且光探测管输出的信号也通 常被 噪声埋 没， 因此 ， 需要对 的这些微 弱 信号 进 行处 理 ， 进 行预 处 理 以 将 大 部 分 噪声 滤 除 掉 ， 将 微 弱 信 号 放 先 并 大到 后 续处 理 器 所要 求 的 电压 幅度 。这 样 ， 以 通 过 前 置 放 大 电 路 、 可 滤 波 电路 和 主放 大 电路 输 出幅 度 合 适 并 且 经 过 滤 除 掉 大 部 分 噪 声 的待 测 信号。在控制室内通过驱动半导体激光器使之发光 ， 出的光再经过耦 发 合器耦合到光纤中， 之后传输到待测的现场 ； 这样光 能通 过光电转换器 转化为电能提供 给有源器件 。在半 导体激光管的驱动 电路 中加 入了相 应的稳压电路 ， 电转换 电源则主要应用于远端的电子器件。 光 由于 Ｆ Ｇ传感器是以光信号作为转换和传输的载体， Ｂ 因此需要通过 电子处理构成解调仪器 ， 就首先借助光检测放大器完成光信号到电信号 的转换 ， 再将被调制到光载波上的外 界变化量转换成 电信 号输 出。而后 续的电子处理的精度与检测放大器输 出的电信号的精度有很大关系 ， 因 而光检测放大器的电路设计非常重要。光电检测 电路的转换模式为光一 电流一电压 ， 在检测 电路 中 由光 电探测 管完成光一 电流 的转换。由于 Ｆ Ｇ传感器信号光的带宽为０ ２ｎ 并且具有较低 的光功率 ， Ｂ ． ｍ， 经过长距离 传输后到达光检测器的信号将会非常微弱 ， 又因为信号的频率很低 ， 光检 测放大器将 ＰＮ接收的光信号功率变换成与之对应 的微弱 电流信号 ， Ｉ 再 通过运算放大器变换为电压信号 ， 在放大电路中存 在器件 的固有 噪声 和 由供电电源引起 的噪声 ， 因此依照弱信号检测理论 ， 在电路设计中必须采 取多项措施抑制噪声来提高信噪 比， 满足后续 电子处 理电路对信号 的要 求。光电探测器 ＰＮ管相 当于电流源， Ｉ 完成光功率到电流的转化。
光电转换简单电路
光电转换简单电路1. 光电转换的基本原理1.1 光电效应的发现1.2 光电效应的基本原理1.3 光电转换的应用领域2. 光电转换电路的基本组成2.1 光电转换元件2.2 光敏电阻2.3 光敏二极管2.4 光电管2.5 光电二极管2.6 光电晶体管3. 光电转换电路的工作原理及应用案例3.1 光敏电阻电路3.1.1 光敏电阻电路的工作原理3.1.2 光敏电阻电路的应用案例3.2 光敏二极管电路3.2.1 光敏二极管电路的工作原理3.2.2 光敏二极管电路的应用案例3.3 光电晶体管电路3.3.1 光电晶体管电路的工作原理3.3.2 光电晶体管电路的应用案例4. 光电转换电路的设计与优化4.1 电路的基本设计原则4.2 光电转换电路的参数选择4.3 光电转换电路的性能优化5. 光电转换电路在实际应用中的局限性与改进5.1 光电转换元件的选择限制5.2 光电转换电路的灵敏度与动态性能5.3 光电转换电路的温度影响5.4 光电转换电路的辐射环境适应性6. 光电转换电路的未来发展趋势6.1 新型光电转换元件的研究与应用6.2 智能化控制技术在光电转换电路中的应用6.3 光电转换电路的节能环保发展方向结论通过对光电转换简单电路的探讨，我们可以了解到光电效应的基本原理和光电转换电路的基本组成。
在应用方面，我们指出了光敏电阻电路、光敏二极管电路和光电晶体管电路的工作原理及应用案例。
此外，我们还讨论了光电转换电路的设计与优化方法，以及目前存在的局限性和改进方向。
最后，我们展望了光电转换电路的未来发展趋势，包括新型元件的研究与应用、智能化控制技术的应用以及节能环保的发展方向。
光电转换电路的发展将为现代科技和工业的各个领域提供更广阔的应用前景。
光电转换前置放大电路设计
光电转换前置放大电路设计 探测器是光电转换的核 心器件，能够将接受 到的光强信号转换成电流信号，
在弹光调制光电 转换电路中，采用了美国Thorlabs 公司型号为 FDS02的硅光电二极管，其波长范围为 400 nm～ l 100 nm，灵敏度峰值为0．47 A／w，暗 电流为35 pA～500 pA。图5为光电转换和前置级放 大部 分电路，通过理论分析，电路输出电压为
因此在设计中选用了具有较宽频 带的低噪声放大器 AD8072作为电路的运放。电 容C。：起到相位补偿， 防止电路自激震荡的作用， 抑制了噪声干扰[8。9]。
电转换+R10)／R17]一S×P× R16×[(R1， +R1。)／R17]
式中：S为光电二极管的灵敏度；P为入射光功率。 增大电阻R。。的阻值，可以提高输出电压，但是会 引起上升时间的增加，响应速度下降，设计中取 R。。为1．1 kD,。通过对干涉信号的分析可知，信 号 最大频率与光程差和高压谐振电路的谐振频率呈 正相关，光程差的不断提高使得探测的电信号的 频 率变得极高。
光电转换简单电路
光电转换简单电路一、什么是光电转换光电转换是指将光能转化为电能的过程。
光电转换技术广泛应用于太阳能电池、摄像机、扫描器、激光打印机等领域。
二、光电转换简单电路的组成1. 光敏二极管（Photodiode）光敏二极管是一种可以将入射的光信号转化为电信号的元件。
它由一个p型半导体和一个n型半导体构成，当有入射光照射到芯片上时，会产生一些载流子，从而形成一个漏流。
这个漏流就可以用来表示入射的光强度大小。
2. 放大器（Amplifier）放大器可以将微弱的信号放大到足够大的范围，以便于后续处理。
在光电转换中，放大器通常用来放大从光敏二极管中读取到的微弱信号。
3. 滤波器（Filter）滤波器可以帮助去除杂乱无章的噪声信号，只保留我们需要检测的信号。
4. 逆变器（Inverter）逆变器可以将直流信号转化为交流信号。
三、常见的光电转换简单电路1. 光敏二极管直接驱动电路这种电路比较简单，只需要将光敏二极管和一个放大器连接起来即可。
当有光照射到光敏二极管上时，它会产生一个微弱的漏流信号，通过放大器可以将这个信号放大到足够大的范围。
2. 光敏二极管与滤波器组成的电路在一些应用场合中，我们需要去除杂乱无章的噪声信号，只保留我们需要检测的信号。
这时候就可以使用滤波器。
将光敏二极管和滤波器连接起来，可以有效地去除噪声信号。
3. 光敏二极管与逆变器组成的电路有些应用场合中，我们需要将直流信号转化为交流信号。
这时候就可以使用逆变器。
将光敏二极管和逆变器连接起来，可以将直流信号转化为交流信号。
四、结语通过以上介绍，我们可以看到，在不同应用场合下，光电转换简单电路的组成是不同的。
但无论是哪种组成方式，在实际应用中都发挥着非常重要的作用。
光电转换与信号处理电路设计原理
光电转换与信号处理电路设计原理介绍本文介绍了光电转换与信号处理电路的设计原理，包括其基本原理、设计流程以及注意事项。
基本原理光电转换是指将光信号转换为电信号的过程。
其中，光信号可以是来自自然界或人工照明下的光，电信号可以是模拟信号或数字信号。
在进行光电转换之前，需要进行前置放大、滤波等信号处理。
信号处理电路是指对信号进行处理的电路，包括滤波、放大、采样等等。
这些电路的设计需要根据信号的特点进行选型，同时要考虑电路的稳定性和可靠性。
设计流程光电转换与信号处理电路的设计流程如下：1. 确定需求：确定所需的输入信号、输出信号和信号特性。
2. 选择器件：根据信号特性选择合适的器件，如传感器、电容、电阻等。
3. 设计电路：根据选定的器件设计电路，包括前置放大电路、滤波电路、放大电路等等。
4. PCB设计：将电路布局到PCB上，并进行相应的布线和排布。
5. 烧录程序：根据需要，将相应的程序烧录到芯片中，实现控制或数据处理等功能。
6. 测试验证：对设计的电路进行测试验证，检查是否符合要求。
7. 优化改进：对不符合要求的部分进行优化改进，提高电路的稳定性和可靠性。
注意事项在进行光电转换与信号处理电路的设计时，需要注意以下事项：1. 确定需求时，要清楚输入和输出信号的特点，确保电路符合要求。
2. 在选择器件时，要根据信号的特性选择合适的器件，避免误选。
3. 在设计电路时，要考虑电路的稳定性和可靠性，避免出现故障。
4. 在布局和排布PCB时，要注意信号和电源的分离，避免出现干扰。
5. 在测试验证和优化改进时，要认真分析原因，找到问题的根源。
设计光电转换与信号处理电路需要丰富的电子电路知识及严谨的分析思维能力，本文所介绍的只是一个基本的设计流程与注意事项，希望大家在实际应用中能够深入学习与探究，做出更加优秀的电路设计。
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• 光谱响应曲线
1.33um
常 见 材 料 光 谱 响 应
光电转化器件
• 响应时间
dr RC p
渡越时间 RC网络延迟时间 扩散时间
dr W / vd
RC (Ri RL化电路设计
常规电路
改进后的电路
C1减小带宽，C2减小电路中的1/f噪声
光电转化电路设计
与R1并联的C1是一个pF级 的电容，其作用是防止运 放的振荡。OPA129为双电 源工作，正负电源引脚分 别为7脚和5脚，每个引脚 要接入两个0.luF的小容量 电容(C2、C3)进行高频滤 波为防止产生振荡与噪声 干扰，电路中接入了C4和 C21两个旁路电容。为避免 数字信号对微弱模拟部分 的干扰，在数字电源和模 拟电源以及数字地和模拟 地之间用磁珠(B1、B2)隔 离，防止高频信号涌入模 拟部分。
有源滤波电路
采用运算放大OP27 和双RC网络构成性能 优良的二阶有源滤波 电路。根据其工作原 理，本电路可看成是 压控电压源，所以这 种滤波器被称为压控 电压源有源滤波器 (VCVS)。本电路设计 滤除约5Hz以上的信 号 。
放大电路
前置差分放大电路
差分放大电路对共模信号的抑制能力很 强，用在光电信号检测采集系统中能够 很好的减小器件暗电流和外界环境温度 变化给电路带来的影响和误差。
放大电路——温度补偿
当温度变化时，Ur有变化趋势。设|Ur|因温度变化而增加，则Ue为正，通过运 放A。的反向输入端将Ue调小，驱动电流随之减小，从而|Ur|的增加被制。电路 中的C1和C2是为了消除环境干扰和运放噪声引起的驱动电流波动。
放大电路
选用的是美国Tl公司的TLC2262集成芯片，它是一个双运算放大器，高输入 阻抗、低噪声；第二级使用的是TL064芯片来实现对信号的差分方式放大， 它内部集成有4个高速J-FET运算放大器，有很高的转换速率、低偏置电流、 以及低偏置电压温度系数。 放大倍数可达500倍以上
放大电路——多级
光电转换及前置放大电路研究
常用光电检测器件 光电转化电路设计 放大电路设计
常用光电检测器件
• • • • • • • • 光电池(photo-cell) 光电二极管(Photoelectric diode) PIN型光电二极管 雪崩光电二极管(Avalanche photodiode，APD) 光电三极管 光电位置敏感器件 光电倍增管(photo-Multiple Tube，PMT) 光敏电阻(Photo-resistor)
放大电路
常规电路
T型网络结构
优点：电阻网络的不同阻值变化直接决定了该放大器的增益，这种电阻比值结构决 定的放大器精度高、稳定性好。同时由于反馈电阻扩展了(1+Rx/R2)倍，可以减少热 噪声的影响，也可以减少对运放输入偏置电流的影响。
不足：当单通道输入的时候，若输入为不稳定的误差信号时，不稳定的误差信号就 会直接影响输出端，从而导致电路稳定性下降。
光电转化器件
PIN光电二极管结构
光电二极管输出特性曲线
光电转化器件
• 光电二极管的灵敏度
显然，当波长为λ的辐射光作用在光电二极管上时，其电流灵敏度是与材 料有关的常数，表明光电二极管的光电转换特性的线性关系。因为电流灵敏 度与入射波长兄的关系是复杂的，因此在定义光电二极管的电流灵敏度时， 通常是将其峰值响应波长的电流灵敏度作为光电二极管的电流灵敏度。
光电转化器件
• 光电检测器件的选择应该与光信号源在光谱特性上进行匹配； • 使用器件实现光电转换时必须和入射辐射能量集中的位置一致。一 般情况下入射辐射通量的变化中心应该在光电检测器件的线性区域， 这样才能达到较好的线性检测。 • 灵敏度高是对微弱光电信号检测中的检测器件的重要指标，这样才 能输出足够强的电信号； • 不同频率和调制方式的光信号的检测所应该选用的光电检测器件也 是不同的。此时，器件的响应时间短以及上限频率高就是选取的重 要依据； • 与后续电路在电气特性上的一致性也是选择不同光电检测器件的重 要方面，这对于信噪比的提高、动态响应的速度提高非常重要； • 要使光电检测器件能够长期并且稳定的工作，必须根据使用的工作 环境选好器件的规格。并且在使用的过程中应该注意保证器件在低 于最大限额的状态下工作。