电子设备电路分析(2)-----高速激光脉冲探测器
今天来介绍一个高速激光脉冲探测器,能够快速探测高速激光脉冲,该装置的独特性在于能够分辨上升时间在纳秒量级的脉冲。

光电二极管
高速激光脉冲探测器的核心是一个PIN二极管,也就是光电二极管。光电二极管是一种将光转换为电流的半导体器件,在p(正)和n(负)层之间,存在一个本征层。光电二极管接受光能作为输入以产生电流。
光电二极管也被称为光电探测器,光电传感器或光探测器。光电二极管工作在反向偏置条件下,即光电二极管的p-侧与电池(或电源)的负极相连,n-侧与电池的正极相连。典型的光电二极管材料是硅、锗、磷化砷化铟镓和砷化铟镓。在内部,光电二极管具有滤光器、内置透镜和表面区域。当光电二极管的表面积增加时,会缩短响应时间。很少有光电二极管看起来像发光二极管(LED)。它有两个终端,如下所示。较小的端子用作阴极,较长的端子用作阳极。
当这种器件在反向偏置模式工作时,具有低电容、高阻抗及低泄漏的特性;当在正向偏置工作时,也可以作为光电池使用。

光电二极管实物图例
电路原理

电路原理图
如上图所示,电路中采用了一个反向偏置的PIN光电二极管(LPIN)。由于被探测的激光脉冲只有ns级的上升时间,因此响应信号相当小,电容器C3将正向探测的激光脉冲耦合到前置放大场效应管(FET)Q1的栅极,Q1对反向脉冲放大,并送入第二级FET(Q2)进一步放大。
NPN型晶体管Q3再次对Q2输出的正脉冲进行放大,并输出负脉冲。这个放大的信号与激光脉冲相当吻合。反向脉冲产生后送入施密特触发器,Q4通过可调电阻R15的正向偏置而导通,晶体管Q5截止触发施密特触发器,通过调节R15可以调节触发电平,可合理设置电路的触发时间,减少设备误触发。
施密特电路的输出通过直流耦合到设计跟随器(Q6),Q6输出信号通过Q7后反相,Q7集电极的负电平触发定时器I1可按预置的时间工作,控制报警器或控制其他设备,如电路中的继电器(RE1)可以作为外部控制电路的常开或常闭触点。
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