光電探測(cè)器電路用于對(duì)光電轉(zhuǎn)換器件輸出的微弱電壓或電流信號(hào)進(jìn)行放大、處理和整形輸出。對(duì)于不同探測(cè)用途而采用的光電轉(zhuǎn)換器件不同，與之配合使用的光電探測(cè)器電路性能也因此而不同。如果用來(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，則重點(diǎn)考慮的是器件的光電轉(zhuǎn)換效能和匹配方式。這里介紹一種用雪崩光電二極管(APD)與光電探測(cè)器電路匹配使用的最佳方法。針對(duì)如何提高光電信號(hào)前置放大器信噪比這一關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)行了分析和實(shí)踐。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中，除了電路結(jié)構(gòu)的考慮外，對(duì)工藝的考慮也是必須的。由于電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)考慮周全，設(shè)計(jì)的光電探測(cè)器電路信噪比高。這里還介紹通過(guò)用自制的噪聲發(fā)生器對(duì)光電探測(cè)器電路進(jìn)行定量的分析，測(cè)算出探測(cè)器的增益和信噪比。該研究是設(shè)計(jì)滿足各種光電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)重要步驟。
1 器件的選擇
1．1 提高APD的光電轉(zhuǎn)換效能
雪崩光電二極管(Aualanche Photo Diode，APD)的光電轉(zhuǎn)換效能主要是對(duì)信號(hào)有倍增作用，它比一般光電二極管的功率電平所產(chǎn)生的響應(yīng)高幾十或幾百倍。倍增與偏壓有關(guān)，反偏壓越大，倍增G也越大，如圖1所示。一旦電壓達(dá)到某個(gè)值，APD會(huì)被擊穿，此電壓就是雪崩電壓VB。設(shè)置APD的工作點(diǎn)一般略小于VB，如圖2所示。
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未調(diào)制時(shí)，由平均光通量P0所產(chǎn)生的散粒噪聲引起的電流波動(dòng)Ic可表示為：
對(duì)噪聲源模型的特征和噪聲進(jìn)行分析。當(dāng)信號(hào)光強(qiáng)度取最大振幅值Pmax時(shí)，電流值Jsmax為： |
以及結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管噪聲主要導(dǎo)電溝道的電阻所產(chǎn)生的溝道熱噪聲：
還有幾種柵極感應(yīng)噪聲、柵極散粒噪聲、1／f噪聲。由于高頻等因素，在一般情況下可以忽略不計(jì)。
由此，得到了圖4相應(yīng)的簡(jiǎn)化噪聲等效電路，如圖5所示。同樣可以將式(2)寫成電流表示形式：
由圖5可知：
由于實(shí)際電路中1／R2≤ω2(Co+Ci)2，所以1／R2可以不計(jì)。將|Y|2=ω2(Co+Ci)2代入式(3)，并將式(2)代入式(3)，得：
