基于光電二極管反偏的光電檢測電路的噪聲分析

凌茂真 馬華平 谷順虎

摘 要 光電二極管在目前的電力設備元件中有著重要的應用，其性能、狀態等對設備的穩定、安全等有著重要的影響，所以在實踐中需要關注光電二極管的相關內容分析。從目前掌握的資料分析來看，噪聲性能會對光電檢測電路探測能力起到限制作用，所以在噪聲普遍存在的情況下，檢測電路的整體能力無法有效提升，因此在實踐中需要做好噪聲的分析與解決。通過不斷的實踐分析發現基于光電檢測電路的結構可以將電路等效為觀點，而極端、晶體三極管和運算放大器，對不同的模塊進行分析可以進一步明確噪聲的來源和影響因素，這樣，各部分的輸出噪聲可以被準確計算，而基于噪聲計算結果能夠構建電路輸出噪聲的電壓模型，基于電壓模型確定參數，并對電路進行設計，這樣可以得帶具有低噪聲特性的光電檢測電路?？傊恼聦ο嚓P內容進行分析，旨在為實踐提供指導和幫助。

關鍵詞 光電二極管;光電檢測電路;噪聲分析

從目前掌握的資料來看，光電檢測技術在諸多領域得到了應用。就具體的利用分析來看，在理想的情況下，只要有足夠光輻射信號的地方就可以使用光電檢測電路進行信號的檢測，但是當被檢測信號比較弱的時候，信號往往會淹沒在噪聲中，所以信號檢測的具體效果會大打折扣，基于此，對光電檢測電路的噪聲進行分析便有了突出的現實意義。有研究人員通過實驗分析了光電二極管的噪聲，并基于研究成果提出了設計低噪聲電路的原則和方法，對該內容做具體的分析并指導實踐工作，實現工作實踐中低噪聲電路的設計和應用，這樣，光電檢測電路的具體利用效果會顯著加強。

1基于光電二極管反偏的光電檢測電路設計

對光電檢測電路做具體的分析發現在電路應用實踐中，光電二極管主要有三種基本的狀態，分別是正偏、無偏和反偏。當處在反偏狀態的時候，反偏偏壓會加快光生載流子運動，與無偏和正偏情況相比，反偏會產生更大的光電流，這種情況對于弱光環境檢測是非常必要的[1]。基于此分析，在具體的工作實踐中，要設計光電檢測電路，可以實現光電二極管和反向高壓的連接，以此實現微弱光信號的探測，探測到的光信號轉變成為電流信號之后，使用三極管對電信號進行流壓轉換，之后再使用運算放大鏡做電壓的放大，這樣，弱光信號的檢測便可以實現，下圖為光電檢測電路圖。

2光電檢測電路的噪聲分析

光電檢測電路的噪聲性能會限制其探測能力，所以需要對電路的噪聲具體情況以及噪聲的產生等進行詳細的分析。就目前的具體分析來看，光電檢測電路存在的噪聲是非常多的，具體的有熱噪聲、散粒噪聲、溫度噪聲以及復合噪聲等[2]。就本文的光電檢測電路分析設計來看，主要考慮的是熱噪聲和散粒噪聲兩大類。

就熱噪聲的具體分析來看，其具體的產生為：導電材料當中的截流子不規則熱運動在材料兩端產生隨機漲落的電壓和電流。就現實分析來看，熱噪聲的出現比較的頻繁。就散粒噪聲的具體分析來看，其基本產生為：由光電截流子形成和流動密度的漲落所造成的噪聲。從一般分析來看，存在PN結構的地方有著比較普遍的散粒噪聲。

就光電檢測電路的具體分析來看，其主要有三大組成部分，分別是光電二極管模塊、三極管流壓轉換模塊和運算放大器模塊，這三部分在運用實踐中均會產生噪聲，不過具體的噪聲產生量和噪聲的產生原因有著顯著的差異[3]。從現實分析來看，電路中的噪聲存在如果不能進行及的清除，光電檢測電路的實際應用價值會顯著下降，所以在實踐中，對三大模塊的噪聲類型做具體的分析，同時分析研究噪聲的具體產生原因，這對于低噪聲光電檢測電路的具體設計可以起到參考作用。

3光電檢測電路總噪聲和降低噪聲的設計原則

從現實分析來看，光電檢測電路的噪聲性能對其的具體探測能力有顯著的影響，所以在光電檢測電路設計的時候需要基于總噪聲降低的基本要求進行相應的分析。基于上文的具體分析可知，光電檢測電路可以分為三大模塊，其分別是光電二極管模塊、三極管流壓轉換模塊和運算放大器模塊。在進行電路噪聲分析的時候將這三個模塊做級聯（下圖）分析，可以獲得比較突出的結果。

構建級聯框圖并做相關要素的具體分析，從分析結果來看，光電檢測電路的輸出噪聲和較多的因素有關，其中出了噪聲電壓和期間本身的影響外，還有其他的因素，以下是具體的介紹[4]。①三極管的靜態增益和負載電阻與基區電阻的并聯值越小，電路的噪聲也會越小，但是在實踐中如果同時減少靜態增益和負載電阻，輸出信號也會明顯的變小，所以在進行調節的時候要先進行負載電阻的滿足，然后在基于負載電阻對靜態增益進行調整。②運算放大器自身的增益越小，輸出噪聲的電壓表現會越低，所以在設計的時候需要強調整個電路的增益，并在增益維持的情況下減小電阻[5]。需要注意的是，如果電阻過小，運算放大器的具體工作狀態會出現不穩定的情況，所以在實踐中需要基于具體的情況做調整。③系統的通頻帶越小，電路的輸出噪聲也會越小，不過通頻帶的減小會影響到信號的波形，所以在綜合設計的時候需要綜合考慮這兩方面的波形。

就實踐工作開展來看，要有效減小電路的噪聲，還可以通過級間阻抗匹配角度的減小來完成?？偟膩碇v，基于具體的影響因素進行相關的設計分析，最終的低噪聲電路設計效果會更加出眾。

4基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路設計

從上述的分析來看，在各方面因素控制的情況下設計基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路可以有效提升檢測電路的信號探測能力，這對于提高光電檢測電路的利用價值而言有積極的作用。基于具體的分析，在進行基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路設計的時候需要明確電路中的重要元件。通過多方面分析與討論可知，元件主要有：光電二極管、三極管、運算放大器、負載電阻、輸入電阻和反饋電阻。為了保證元件應用的性能，基于實踐要求對元件的具體型號、參數等進行明確是有突出價值的[6]。就實踐研究來看，為了保證電路的穩定性，在設計的時候需要在電路的相應位置上進行旁路電容和反饋電容的添加，這樣，整個電路的運行穩定性會更加的突出。

基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路的具體設計圖，結合設備元件的具體型號以及參數對電路中的具體數值進行分析，這樣可以判斷基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路設計是否滿足具體的要求。從具體的計算結果來看，設計電路中的三極管靜態增益為50，如果將電路的通頻帶設置為50MHz的話，基于具體的計算公式可以得出電路的輸出噪聲電壓在10～20mV之間。在明確噪聲電壓的情況下進行電路的具體運行分析，同時測得無光和弱光條件下的電路輸出噪聲[7]。從具體的獲得情況來看，輸出的噪聲電壓，其峰值在20mV左右。如果將輸出噪聲等效為通頻帶內的白噪聲，基于具體的計算公式可以獲得噪聲功率譜密度。通過對比分析發現最終所得的參數值均滿足低噪聲電路的基本要求。綜合實踐可知，基于相關原則設計的光電二極管反偏的低噪聲放大電路在微弱光的情況下可以有效完成信號探測的目的。

5結束語

綜上所述，光電檢測電路在目前的信號檢測實踐中有著重要的應用，且發揮出了巨大的價值，所以在實踐中肯定并發展光電檢測電路有突出的現實價值。就目前掌握的資料來看，在信號比較弱的區域進行信號的探測，會因為噪聲等原因出現探測不準確情況，這種情況出現對信號檢測實際質量影響顯著，所以需要積極進行噪聲的分析，同時要強調噪聲的規避。實踐表明低噪聲光電檢測電路在實踐中能夠有效克服困難，實現對微弱信號的有效探測，因此在實踐中需要強調低噪聲光電檢測電路設計與應用。文章基于光電二極管反偏的低噪聲放大電路應用做相關的設計分析，旨在為實踐提供指導。

參考文獻

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