光电检测电路的带宽和频率特性PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光电检测器件：光电变换 核心,偏置电路：连接光电检测器件和前置放大及耦合电路的中间环节，为光电器件供给正常的电路工作条件，同时完成与前置放大及耦合电路的电路匹配。,前置放大及耦合电路：输入信号的准确检测,光电检测电路,根本任务,光电检测电路,偏置电路设计静态设计,频率响应设计动态设计,噪声特性设计,10.1.1 检测电路的根本构造和技术要求,1.带宽的含义,K,(,f,),f,f,LC,f,HC,70.7%,100%,D,f=f,HC,f,LC,f,HC,10.1.2 检测电路的带宽,带宽,f,f 太小，频率失真,波形失真,f 太大，噪声大,例：热噪声,电路带宽f 依据信号的频谱特性来确定,2.带宽对信号质量的影响,带宽选择的原则：,保持信号频谱中绝大局部能量通过而削掉局部频谱能量较低的高频重量。尽量做到在不失真的状况下提高信噪比。,3.,如何确定检测电路带宽？,1正弦波检测电路的带宽,载波频率为,f,0,调制频率为,F,电路带宽,D,f,2,F,正弦调,幅,：,正弦调,频,：,T,t,d,2脉冲波信号的带宽分析,t,d,脉冲宽度,脉冲波频谱分析,脉冲重复频率,f,0,=200kHz，,脉宽,t,d,=0.5s,2脉冲波信号的带宽分析,主要能量在第一过零点内，周期性矩形脉冲信号的带宽为：,传送的矩形脉冲的脉冲宽度越窄，要求电路的带宽也越大。,主要频谱能量范围,T,t,d,电路带宽增大，信号峰值功率增加,常数,电路带宽增大，噪声功率增加最正确带宽,最正确带宽,要求信噪比高：,要求脉冲外形好：,3.如何,确定,检测电路,带宽,？,3.,如何,确定,检测电路,带宽,？,正弦调制信号:,脉冲波信号：,t,d,为脉冲宽度,振幅调制,：,频率调制,：,要求信噪比高：,要求脉冲外形好：,1光电检测电路的高频特性,耦合电容对高频信号可视为短路,输入光照度：,由图可得：,10.1.3 光电检测电路的频率特性分析与设计,1光电检测电路的高频特性,10.1.3 光电检测电路的频率特性分析与设计,耦合电容对高频信号可视为短路,1光电检测电路的高频特性,10.1.3 光电检测电路的频率特性分析与设计,称为检测电路的时间常数,可见检测电路的频率特性，不仅与光电二极管的参数C,j,和g 有关，还取决于放大电路的偏置电阻和负载,检测电路的上限截止频率,：,a 给定输入光照度，在负载上取最大功率输出,满足的条件是：,RL=Rb,gGb,b 负载上取最大电压输出：,R,L,R,b,g g,2)输出最大电压,R,L,R,b,G,b,g,3)输出最大电流,R,b,R,L,g 很小,R,L,和 R,b,的选取 考虑增益和带宽,光电检测电路的频率特性,2光电检测电路频率特性的设计,目的：使检测电路具有足够宽的频率响应，以便能对简单的瞬变光信号或周期性光信号进展无频率失真的变换和传输。,方法：快速变化的光信号可以看作是假设干不同谐波重量的叠加。信号的频率失真会使某些谐波重量的幅度和位相发生变化导致合成波形的畸变。为避开频率失真，保证信号的全部频谱重量不产生非均匀的幅度衰减和附加的相位变化，检测电路的通频带应以足够的富有度掩盖住光信号的频谱分布。,2光电检测电路频率特性的设计,检测电路频率特性的设计大体包括以下的三个根本内容：,1对输入光信号进展傅里叶频谱分析，确定信号的频谱分布,2确定多级光电检测电路的允许通频带宽和上限截止频率。,3依据级联系统的带宽计算方法，确定单级检测电路的阻容参数。,例：用2DU1型光电二极管和两极一样的放大器组成光电检测电路。被测光信号的波形如图a所示，脉冲重复频率f=200kHz，脉宽t0=0.5s，脉冲幅度1V，设光电二极管的结电容Cj=3pF，输入电路的分布电容C0=5pF，为保持较好的脉冲外形输出，设计该电路的阻容参数。,例：用2DU1型光电二极管和两极一样的放大器组成光电检测电路。被测光信号的波形如图a所示，脉冲重复频率f=200kHz，脉宽t0=0.5s，脉冲幅度1V，设光电二极管的结电容Cj=3pF，输入电路的分布电容C0=5pF，设计该电路的阻容参数。,分析光信号频谱，确定检测电路的总频带宽度,解：,周期为T1/f的方波脉冲时序信号，其频谱是离散的，谱线的频率间隔为,f1/T200kHz,频谱包络线零值点的分布间隔为,F1/t,0,2MHz,电路带宽,准确保持脉冲外形,选取频谱包络线的其次峰值作为信号的高频截止频率，,f,HC,3MHz,频谱的零频重量为信号的直流成份，不影响变化的波形。但为沟通放大利用阻容耦合电路隔直。取低频截止频率为200Hz，带宽近似为F3MHz。,确定级联各级电路的频带宽,计算输入电路参数,取R,b,(1020)R,L,，即R,b,10R,L,20k,级间耦合电容C值是由低频截止频率打算：,计算为C0.07F，取为C1F，,对于第一级耦合电容可适当增大10倍，取电容值为10F。,由输入电路的 确定输入电路形式,电流放大,电流放大时,选择放大电路,选用二级通用的宽带运算放大器，放大器输入阻抗小于2k，放大器通频带要求为6MHz，取为10MHz。,输入级电路,前置放大器,后续放大器,6,MHz,6,MHz,6,MHz,