雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

吕晓玲, 邢春香, 宋 丹, 孙晓冰

(长春理工大学 光电信息学院, 长春 130022)

0 引 言

激光测距仪已被广泛应用于各个领域, 如电力、 水利、 通讯、 建筑、 警务、 休闲和户外运动等[1], 尤其是体积小, 重量轻的便携式测距仪越来越受到人们的青睐。这种小型的测距仪都是采用电池直接供电, 而测距仪中的光电探测器件, 目前最佳的选择是具有内部增益的雪崩光电二极管(APD: Avalanche Photo Diode)。APD在正常工作时需要很高的反向偏压才能产生最佳增益和高信噪比, 以保证APD有很高的灵敏度。当偏压较低时, APD无倍增效应； 偏压升高后, 光电流迅速上升, 且噪声电流也随偏压的增加而升高, 直到雪崩电压。噪声电流曲线的斜率特别大, 使信噪比急剧下降[2,3]。因此, 使用APD时应特别注意最佳偏压的确定。

以美国的雪崩光电二极管C30724P为例, 工作电压范围为120～200 V, 最大驱动电流为5 mA, 最大暗电流为40 nA, 最佳增益对应的电压为160 V。所以需在阴极加上160 V左右的直流反向偏压, 才能使其具有最佳增益, 信噪比最大[4]。如果用传统式升压开关电源电路进行设计, 电路比较复杂, 体积庞大[5], 无法满足测距仪小型化和便携式的要求。因此, 笔者提出了一种小型、 轻便的电感升压的高压设计方法[6], 实现了将5 V直流电源转化成160 V的高压, 并具有大于40 nA小于5 mA的电流驱动能力, 确保雪崩光电二极管正常工作。

1 电路结构框图与工作原理

图1 电路结构框图

图1是电路的结构框图。从图1可看出, 该电路由3部分组成： 升压电路、 反馈电路和压控振荡器电路。……