光电二极管范文

光电二极管范文第1篇

光电二极管可以将光信号转变成电信号，这就可以对空间中的光量进行监测。基本放大电路结构简单，但在实际应用过程中仍是受到了很多方面的限制.本文在基本光电二极管放大电路的基础上使用了T型电阻网络来代替电流-电压转换电阻来控制在高增益情况时潜在的残余偏移量；为了降低电路中所产生噪声的影响，本文在基本放大电路的基础上，增加了一个运算放大器和反馈元件，组成了噪声滤波复合放大器，以此来达到控制直流偏置和降噪的目的。

关键词：

光电二极管；运算放大器；电路设计

光电二极管能够输出满足大多数电子仪器所需的电压输出，但是这种输出模式却导致了非线性的响应特性和非常有限的带宽。如果使光电二极管输出为电流，再对输出的电流进行电流-电压转换，就可以极大地提高它的效能和特性，这就要求光电二极管和信号电压隔离开来，这种基于运算放大器的电流-电压转换器就是最基本的光电二极管放大电路（见图1）。

1偏置

在光电二极管的应用中，放大器的输入电流和光电二极管的漏电流同时流过反馈电阻Rf，那么在电路输出端就会出现直流偏置。如图2所示，使用一个T型电阻网络来代替图1中的Rf，可以极大地减少偏置误差（其中Rft>>R1，R1>>R2）。这个T型网络产生了与Rf等效的反馈阻抗，但是它的阻抗值要小得多。首先要考虑信号条件，电路的反馈通路在放大器的反相输入端接收了光电二极管的电流Ip，那么反馈信号就在Rft上产生一个电压IpRft。对于基本电流-电压转换器来说，IpRft是电路的输入电压。由R1和R2构成的分压器可以使得输出电压e0增大，直到满足电压IpRft的要求，e0=IpRfeq中的Rfeq=Rft+R1+RftR1/R2为T型等效反馈阻抗。实际上Rft是T型网络中最大的阻抗，有Rft>>R1，那么Rfeq≈（1+R1/R2）Rft。这样，T型网络就有效地放大了Rft，放大系数为R1与R2的分压比的倒数或1+R1/R2。T型网络的等效反馈阻抗产生了一个输出信号e0≈Ip（1+R1/R2）Rft ，就好像用于反馈的是一个很大的电阻而不是T型网络。对给定的电流-电压增益，这种乘法关系减少了对于Tft阻值的要求，减少因子同样是1+R1/R2。

2噪声

图1是光电二极管的简单结构图，在这个图中，光电二极管处于零偏压，并对运算放大器的输入端呈现高阻抗。这使得运算放大器由单位反馈系数产生了一个简单的电阻反馈。这样电路通常会产生单位噪声增益，并且将运算放大器的输入噪声电压直接传输到电路的输出。图3是对图1所示的基本光电二极管放大器进行噪声分析的模型。在该模型中，电流源，Rd，Cd代表光电二极管。噪声源ini，eni代表放大器输入端的相关特性。最后噪声源enR表示反馈电阻的噪声电压。有反馈电阻直接贡献噪声的噪声谱密度是en0R2=4KTRf。式中，K为波尔兹曼常数，值为1.38x10-23J/K；T为绝对温度（K）；R为电阻阻值。从图中可以得到[1]：eno2=enoR2+enoi2+enoe2Eno2=EnoR2+Enoi2+Enoe2式中，enoR为噪声谱密度；enoi2=Rf2*2qIB-Eno，为输出噪声电压。其中的各电压采用RMS均方根值表示。计算电流噪声：放大器或光电二极管的偏置电流会产生散粒噪声，散粒噪声谱密度为：i2no=2qI而散粒噪声电流计算为I2no=2qIΔf由电流噪声产生的噪声输出为E2noi=2qIΔfRf2噪声电流通过反馈电阻产生噪声电压，直接作用于输出端，放大器对其无增益，电流噪声与偏置电流的平方根成正比，与反馈电阻成正比。

3降噪

图4在基本光电二极管放大电路的后面再加一个运放来控制噪声带宽，可以使噪声和信号带宽相等。图中这两个运放串联，需要反馈电阻Rf返回到U1的同相输入端，而不是反相输入端。这样就避免了在同一个反馈回路中，出现两个放大器相位倒置，同时也保留了负反馈。随着频率的变化，U2从放大器变为积分器，然后变为衰减器。在低频率段，C1阻碍了U2的本地反馈，这个放大器为复合反馈提供了完整的开环增益。增加的增益降低了低频误差。在中间频率段，有R1和C1组成的积分器在向衰减模式过渡中降低了U2的增益支持,该增益是在转变为衰减模式中获得的。在高频区域，C1变成短路，A2的增益控制变成R1，R2的闭环效应。UCL2=-R1/R2,在R2<R1时可以得到期望的高频衰减。复合放大器架构基本不改变电流-电压转换器的其他性质。由于U1的高增益把复合电路输入同U2的输入误差隔离开，所以添加U2并没有额外引入噪声或偏移[2]。如图5所示，曲线1、2分别是未采用复合放大器和采用了复合放大器方案的噪声仿真图，对比曲线1和2可以看出采用复合放大器方案能将噪声增益降低，同时还能保持信号的带宽不改变；验证了复合放大器降噪电路的效果。

4结论

通过以上的分析我们可以知道，基本光电二极管放大电路有很多的缺点。首先为了解决在高增益情况时潜在的显著的偏移，所以在电路中加入了T型电阻网络来代替原来的反馈电阻，这样就可以控制残余的偏移量。在光电二极管放大器中，电流-电压转换器显示出了很多较复杂的噪声电流和噪声电压。因此在电路中又加入了一个放大器与已有放大器串联来组成了噪声滤波复合放大器。通过分析我们可以看到，在增加了一个运算放大器后，复合放大器取代了单个放大器放大电路的外部相位补偿功能。而且复合放大器提高了低频开环增益的强度，增加了响应的准确性。且复合放大器降噪降低了放大器带宽，移除了只对噪声有用而对信号无用的带宽部分，以此来达到降噪的目的。

参考文献：

[1]张正茂,陈锋.光电探测放大器的噪声分析[J].

[2]JeraldGraeme著[美],赖康生,许祖茂,王晓旭译.光电二极管及其放大电路设计[J].科学出版社.

光电二极管范文第2篇

关键词：光电二极管；运算放大器；电路设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.129

光电二极管能够输出满足大多数电子仪器所需的电压输出，但是这种输出模式却导致了非线性的响应特性和非常有限的带宽。如果使光电二极管输出为电流，再对输出的电流进行电流-电压转换，就可以极大地提高它的效能和特性，这就要求光电二极管和信号电压隔离开来，这种基于运算放大器的电流-电压转换器就是最基本的光电二极管放大电路（见图1）。

1 偏置

在光电二极管的应用中，放大器的输入电流和光电二极管的漏电流同时流过反馈电阻Rf，那么在电路输出端就会出现直流偏置。

如图2所示，使用一个T型电阻网络来代替图1中的Rf，可以极大地减少偏置误差（其中Rft>>R1，R1>>R2）。这个T型网络产生了与Rf等效的反馈阻抗，但是它的阻抗值要小得多。

首先要考虑信号条件，电路的反馈通路在放大器的反相输入端接收了光电二极管的电流Ip，那么反馈信号就在Rft上产生一个电压IpRft。对于基本电流-电压转换器来说，IpRft是电路的输入电压。由R1和R2构成的分压器可以使得输出电压e0增大，直到满足电压IpRft的要求，e0=IpRfeq中的Rfeq=Rft+R1+RftR1/R2为T型等效反馈阻抗。实际上Rft是T型网络中最大的阻抗，有Rft>>R1，那么Rfeq≈（1+R1/R2）Rft。这样，T型网络就有效地放大了Rft，放大系数为R1与R2的分压比的倒数或1+R1/R2。T型网络的等效反馈阻抗产生了一个输出信号e0≈ Ip（1+R1/R2）Rft ，就好像用于反馈的是一个很大的电阻而不是T型网络。对给定的电流-电压增益，这种乘法关系减少了对于Tft阻值的要求，减少因子同样是1+R1/R2。

2 噪声

图1是光电二极管的简单结构图，在这个图中，光电二极管处于零偏压，并对运算放大器的输入端呈现高阻抗。这使得运算放大器由单位反馈系数产生了一个简单的电阻反馈。这样电路通常会产生单位噪声增益，并且将运算放大器的输入噪声电压直接传输到电路的输出。

图3是对图1所示的基本光电二极管放大器进行噪声分析的模型。在该模型中，电流源，Rd，Cd代表光电二极管。噪声源ini，eni代表放大器输入端的相关特性。最后噪声源enR表示反馈电阻的噪声电压。有反馈电阻直接贡献噪声的噪声谱密度是en0R2=4KTRf。

式中， K为波尔兹曼常数，值为1.38x10-23 J/K； T为绝对温度（K）；R为电阻阻值。

从图中可以得到[1]：

eno2 = enoR2+enoi2+enoe2

Eno2 = EnoR2+Enoi2+Enoe2

式中， enoR为噪声谱密度；enoi2=Rf2*2qIB- Eno，为输出噪声电压。其中的 各电压采用RMS均方根值表示。

计算电流噪声：放大器或光电二极管的偏置电流会产生散粒噪声，散粒噪声谱密度为：

i2no =2qI

而散粒噪声电流计算为

I2no=2qIΔf

由电流噪声产生的噪声输出为

E2noi=2qIΔfRf2

噪声电流通过反馈电阻产生噪声电压，直接作用于输出端，放大器对其无增益，电流噪声与偏置电流的平方根成正比，与反馈电阻成正比。

3 降噪

图4在基本光电二极管放大电路的后面再加一个运放来控制噪声带宽，可以使噪声和信号带宽相等。图中这两个运放串联，需要反馈电阻Rf返回到U1的同相输入端，而不是反相输入端。这样就避免了在同一个反馈回路中，出现两个放大器相位倒置，同时也保留了负反馈。

随着频率的变化，U2从放大器变为积分器，然后变为衰减器。在低频率段，C1阻碍了U2的本地反馈，这个放大器为复合反馈提供了完整的开环增益。增加的增益降低了低频误差。在中间频率段，有R1和C1组成的积分器在向衰减模式过渡中降低了U2的增益支持，该增益是在转变为衰减模式中获得的。在高频区域，C1变成短路，A2的增益控制变成R1，R2的闭环效应。UCL2=-R1/R2，在R2

如图5所示， 曲线1、2分别是未采用复合放大器和采用了复合放大器方案的噪声仿真图，对比曲线1和2可以看出采用复合放大器方案能将噪声增益降低，同时还能保持信号的带宽不改变；验证了复合放大器降噪电路的效果。

4 结论

通过以上的分析我们可以知道，基本光电二极管放大电路有很多的缺点。首先为了解决在高增益情况时潜在的显著的偏移，所以在电路中加入了T型电阻网络来代替原来的反馈电阻，这样就可以控制残余的偏移量。在光电二极管放大器中，电流-电压转换器显示出了很多较复杂的噪声电流和噪声电压。因此在电路中又加入了一个放大器与已有放大器串联来组成了噪声滤波复合放大器。通过分析我们可以看到，在增加了一个运算放大器后，复合放大器取代了单个放大器放大电路的外部相位补偿功能。而且复合放大器提高了低频开环增益的强度，增加了响应的准确性。且复合放大器降噪降低了放大器带宽，移除了只对噪声有用而对信号无用的带宽部分，以此来达到降噪的目的。

参考文献：

[1]张正茂，陈锋.光电探测放大器的噪声分析[J].

[2]Jerald Graeme著[美]，赖康生，许祖茂，王晓旭译.光电二极管及其放大电路设计[J].科学出版社.

光电二极管范文第3篇

关键词：峰值检测电路 光电二极管 高速探测

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0123-01

光电二极管阵列是一种应用广泛的线性阵列探测器，在现有的产品中（主要是国外产品）按照输出信号的特征，主要分为两大类：模拟输出和数字输出。对于各种模拟输出的光电二极管阵列，除了制作工艺和材料的不同，主要是像素数目的差别，从几个像素到近千个像素的产品都有，常用的是32和64像素产品。

目前产品中主要问题在于由于器件利用积分检测原理检测光信号，积分时间较长，而且很容易达到饱和，在模数转换器方面，现有产品中为整片或部分阵列共用一个转换器，速度较慢。在每个像素单元后集成一个像素级AD转换器，依靠大量低速AD转换器并行工作，达到信号高速数字化转换的目的；而且在像素单元后带有滤波器，通过滤波功能，提高信噪比。本项目的技术水平，属于国内领先水平，该项目产品研制成功后，可以用于各种光谱分析仪器和光电信号探测领域，尤其适合于需要高速光电转换和处理的军事应用方面。技术指标：光谱范围：400～1100nm，波长分辨率10nm，响应速度：0.1ms，动态范围：160dB。各项技术指标处于国内领先水平。

1 高速峰值检测系统设计

高速峰值检测功能的光电二极管阵列，在前端使用高速PIN光电二极管实现光信号探测，随后通过滤波器将有用信号滤出，滤出信号通过低噪声放大器和峰值保持器送入像素级的AD转换器实现信号数字化，最后通过接口器件将多路并行工作的电路进行集成组成光电二极管阵列。光电二极管阵列的总体框图设计如图1所示。

2 低噪声前置放大器的设计

低噪声前置放大器是微弱信号检测的关键部件之一，担负着放大微弱信号的任务，因为对于微弱信号检测来说，关键的措施之一就是尽量减小测量过程中引入的噪声，而前置放大器是引入噪声的主要部件之一，由于信号十分微弱，则要求前置放大器具有低噪声性能，不然由于前置放大器本身的噪声将会使原来就被噪声淹没的信号淹没得更深。这就要求前置放大器必须是一个性能优良的具有抑制噪声能力的放大器。设计低噪声放大器的主要内容是选择低噪声半导体器件，确定电路的级数和电路组态，确定低噪声工作点，进行噪声匹配等工作。工作点问题是一个考虑重点，因为它对于器件的重要指标—— 功耗有很大的影响。

3 峰值保持器的设计

探测器输出的信号经过放大或整形后的脉冲峰顶较窄，甚至是尖顶的，不能满足AD转换器的要求，这时必须要由一个峰值保持电路将脉冲的峰值保持一定的时间，再送往后续电路。峰值检测的主要目的也是为了抑制噪声的影响，用瞬态峰值检测法取代传统的积分检测，可以进一步提高信噪比。峰值保持电路可由一级精密二极管和一级电压跟随器组成。添加保护电路后，电路图如图2所示。有用的信号检出之后，而后是进行模数转换，转换之前首先要对信号进行取样保持，只需要一个电容就可以实现此功能，为了控制采样时间我们需要设计一个开关，可用MOS开关实现，通过设置时钟信号，确定采样时间。还有一个注意的问题就是，如果电压信号不够大，还需要再加一级放大然后再转换。

4 结语

设计了一种高速峰值检测功能的光电二极管阵列结构，可用于对高速信号进行实时检测。完成了系统低噪声前置放大器的设计，完成了峰值保持器的设计，并给出了硬件电路图。最终，通过实验检测系统设计符合要求。

参考文献

[1] George Mount， Brian Rumburg， Brian Lamb，et al.DOAS Measurement of Atmospheric Ammonia Emissions at a Dairy[J].NSTL，2001，10：1-15.

[2] John G.Murphy，Stephen O Driscoll， Niall J.Smith.Multi-Path DOAS for Tomographic Measurements[J].SPIE，2003，4876：875-885.

光电二极管范文第4篇

关键词： 硅PIN光电二极管； 偏置电路； 电子滤波器； 闪烁探测器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0159?03

Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes

JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3

（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；

3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）

Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.

Keywords： Si?PIN photondiode； bias circuit； electronic filter； scintillator detector

硅PIN光电二极管（以下简称SPD）作为一种成熟的半导体光电器件，因其特有的优势在自控、通信、环保、医疗及高能物理研究等领域得到了越来越广泛的应用，但其使用极易受所加偏置电压的影响。因此，在实际应用中对SPD上所加的偏置电压的要求非常苛刻，必须具备很低的纹波系数和良好的稳定性，这也就造成常用的SPD偏置电路成本较高。针对这一情况，本文将介绍一款基于TPS61040电压转换芯片的偏压电路设计，并将其应用于NaI（Tl）+SPD辐射探测器的信号检测。

1 硅PIN光电二极管与偏置电压关系

1.1 SPD及其偏置电压简介

与普通光电二极管相比，SPD是由中间隔着本征层的PN结构成。当在PN两端外加反向偏压时，内建电场几乎集中于I层，使得耗尽层厚度加大，增大了对光子的吸收和转换有效区域，提高了量子效率；同时，PN节双电层间距加宽，降低了器件本身的结电容，如图1所示。使得器件的响应速度提高，有利于在微弱光脉冲信号检测领域的运用；此外，结电容的降低减小了信号电荷在其上的分配，有利于为前置放大电路输入更多的原始信号电荷。

图1 偏置电压与结电容关系

1.2 偏置电压电平选择

但偏置电压不是越高越好，原因是SPD的暗电流随偏压的增加而增加，如图2所示。当偏压超过一定值时，暗电流随偏压呈线性增长趋势，使得整个系统的信噪比迅速降低。在进行微弱光信号检测时，若所加偏压自身噪声较大，将直接影响到有用信号的提取，甚至可能将有用信号完全湮没。综合SPD的特性曲线和实验结果，一般将偏置电压设定在24 V。

图2 偏置电压与暗电流关系

2 偏置电路设计

2.1 升压芯片确定

通常，便携式仪器配用的电源电压为较低，无法满足SPD偏置电压电平24 V的要求，须进行升压处理。目前，主要选用APD（雪崩光电二极管）专用升压芯片（如：MAX5026，MAX1932等）构成SPD的偏置电路，但成本相对较高，且这类芯片升压幅度远超过SPD的需要，造成了一定的浪费。因此，设计一款低成本的SPD专用偏置电路是非常有必要的。

本文选用的TPS61040升压芯片是一款由德州仪器公司生产的电感式DC/DC升压转换器，其主要特点是价格低、功耗低、转换效率高。该芯片采用脉冲频率调制（FPM）模式，开关频率高达1 MHz；输入电压范围为1.8～6 V，可选用的供电电源较为丰富，适用性强；最高输出电压可达28 V，可满足绝大部分SPD的偏压电平要求。

2.2 TPS61040工作原理

TPS61040的内部功能结构如图3所示，其脉冲频率调制模式（PFM）工作原理如下：转换器通过FB脚检测输出电压，当反馈电压降到参考电压1.233 V以下时，启动内部开关，使电感电流增大，并开始储能；当流过外部电感的电流达到内部设定的电流峰值400 mA或者开关启动时间超过6 μs时，内部开关自动关闭，电感所储能量开始释放；反馈电压低于1.233 V或内部开关关闭时间超过400 ns，开关再次启动，电流增大。通过PFM峰值电流控制的调配，转换器工作在不间断导通模式，开关频率取决于输出电流大小。这种方式使得转换器具有85%的转换效率。芯片内部集成的MOSFET开关，可使输出端SW与输入端隔离。在关断过程中输入电压与输出电压间无联接，可将关断电流减小到0.1 μA量级，从而大大降低了功率。

图3 TPS61040的功能模块

2.3 升压电路设计

本文设计（图4所示）采用5 V电池作为电源，输出电压+24.5 V。根据TPS61040的数据手册可知反馈电平决定了输出电压的值，反馈电平又与分压电阻直接相关，输出电压[Vout]可按如下公式计算：

[Vout=1.233*（1+RTRB）]

式中：[RT]和[RB]分别为上下分压电阻，在电池供电的情况下，二者的最大阻值分别为2.2 MΩ与200 kΩ。在选择反馈电阻时，应综合考虑阻值与反馈电平的关系，较小的阻值有利于减小反馈电平的噪声，本文中[RT]和[RB]分别选用阻值1 MΩ与51 kΩ的电阻，根据上式可得输出的电压电平为24.5 V。为减小输出电压的纹波，可在[RT]上并联一补偿电容。三极管[Q1]用于隔离负载与输入电源。

图4 升压转换器原理图

2.4 滤波电路设计

根据PFM模式的工作原理可知，流过储能电感的电流呈现周期性的变化，从而将其内贮存的磁能转化为电能输出，造成了偏置电路的输出电平也呈周期性变化，波形近似为三角波，如图5所示。这使得升压转换器输出的电压不能直接用于的SPD偏置。

要得到理想的偏置电压，必须对其进行处理。本文采用电子滤波器来完成偏压的滤波，电路原理如图6所示。根据电子滤波器有放大电容的作用，可以用容量和体积均较小的电容来实现超大电容的功能，基本设计如图6所示。通过滤波处理后，成功将偏置电压的纹波控制在2 mV以内（见图7），且整个偏压电路体积较小，而且成本较低。

图5 升压转换器输出电压波形

图6 偏压滤波原理图

图7 滤波后的偏压

3 应用实例

本文选用的SPD为滨淞公司S3590?08型大面积硅PIN光电二极管，可用于闪烁探测器中光电转换功能，选用的闪烁体为一块体积Φ30 mm×25 mm的圆柱形NaI（Tl）晶体，通过一块聚光光锥将NaI（Tl）晶体发出微弱光线汇集到S3590?08的受光面进行探测，并采用本文设计的升压电路为S3590?08提供偏压；选用的放射源核素为Cs?137。SPD输出信号经过前置放大器（原理如图8所示）处理后，输出信号的波形如图9所示，可见本文设计的偏置电路基本达到辐射信号检测的需要。

图8 前放原理图

图9 加有偏压核脉冲信号波形

4 结 论

本实验表明，基于TPS61040升压转换器的升压电路是可以用作对偏压要求较高的SPD的偏置电源，与采用APD专用偏压芯片构成的同类电路相比，成本更低，且电路结构简单、功耗较低、体积较小，具有一定的实际运用价值。

参考文献

[1] 尼曼（美）.半导体物理与器件[M].3版.北京：电子工业出版社，2005.

[2] 凌球，郭兰英.核辐射探测[M].北京：原子能出版社，1992.

[3] 侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

[4] 薛永毅.新型电源电路应用实例[M].北京：电子工业出版社，2001.

[5] 吴菲，李洪祚，杜春梅，等.自由光通信中PIN探测器光阈值特性研究[J].现代电子技术，2014，37（5）：12?15.

光电二极管范文第5篇

关键词 超高效液相色谱 光电二极管阵列检测 串联四级杆质谱； 黄酮醇； 黄酮醇糖苷； 红洋葱

1 引 言

洋葱，又称葱头、圆葱，属百合科葱属草本植物。洋葱不仅营养价值高，而且还有降血压、软化血管、抗糖尿病、改善肝脏机能等作用，这些生理功能主要是由于洋葱中含有多种具有抗氧化活性的黄酮类物质[1～4]。黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类多酚物质，多以糖苷形式存在，还有一部分以游离的苷元形式存在。目前对洋葱中黄酮类化合物的检测方法主要有紫外 可见分光光度法[5，6]、毛细管电泳法[7]、高效液相色谱法[8～11]和液相色谱 质谱联用法[12～15]等。已有关于国外产地的洋葱中（如韩国[12]、意大利[13，15]、美国[14]等）黄酮醇及其糖苷成分分析的报道，但很少看到中国国产洋葱中多种黄酮醇及其糖苷类化合物的分析。文献＼[5，6]使用紫外 可见分光光度法测定了洋葱皮中总黄酮的含量；王大力等[8，9]通过酸水解法，将黄酮醇糖苷转化成相应的苷元，利用高效液相色谱法测定了洋葱中槲皮素、异槲皮素和山奈素，又通过制备色谱分离纯化，鉴定了槲皮素和槲皮素 4′ 葡萄糖苷。但对其它黄酮醇糖苷成分并未分析，同时也未见国产洋葱各部位如洋葱皮及可食部分中黄酮类化合物分析的报道。研究国产洋葱的化学组成，对洋葱品质研究及衍生产品的质量控制等具有重要意义。本研究鉴定了红洋葱中13种黄酮醇及其糖苷的可能结构，如表1所示，并分析了黄酮类化合物在红洋葱各部位的分布情况。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

ACQUITY超高效液相色谱质谱系统，配光电二极管阵列检测器及三重四级杆质谱检测器（美国Waters公司）；AG285型精密电子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；5810R型高速冷冻离心机（德国Eppendorf公司）； Milli Q超纯水器（美国Millipore公司）；KQ 100DE型数控超声波清洗器（中国昆山超声仪器有限公司）。

甲醇、乙腈和甲酸（色谱纯，德国Merck公司）； Quercetin， Quercetin 3 glucoside， Quercetin 4′ glucoside， Isorhamnetin， Kaempferol和Kaempferol 3 glucoside（美国Sigma 公司）；Quercetin 3，4′ diglucoside和Isorhamnetin 3 glucoside（中国J&K公司）。实验用水为Milli Q制备的超纯水。红洋葱购自上海当地菜市场。

2.2 标准溶液的配制

准确称取适量Q， Q 4′ G及Q 3，4′ dG固体标准品，加适量甲醇超声溶解，配制1000 mg/L的母液。用50%甲醇逐级稀释，配制5， 10， 15， 25， 50 mg/L的混合标准品工作溶液。

2.3 供试样品的制备

取适量大小均一、外表干净完整的红洋葱样品，剥取第一、二层（S1），再剥取第三层（S2），剩下内层样品（S3）切成5 mm × 5 mm左右的碎块，对上述3组样品，自然晒干，再置于50 ℃烘箱干燥至恒重。将上述恒重的3组样品，粉碎，过筛 （筛孔尺寸： 0.85 mm × 0.85 mm）。分别精确称取筛下物0.8 g于15 mL带盖螺口玻璃试管中， 分别加入10 mL 80%甲醇，浸泡30 min后超声萃取10 min，以4000 r/min离心10 min，收集上清液，残渣再用5 mL 80%甲醇重复提取3次，合并上清液，用50%甲醇适当稀释，0.22 μm PTFE针式过滤器过滤后供液相色谱 质谱分析，每个样品平行制备两次。

2.4 色谱条件

Waters ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱（150 mm × 2.1 mm， 1.7 μm）； 柱温为35 ℃； 自动进样器温度为15 ℃； 流速为0.3 mL/min； 进样体积为2 μL； 流动相A为含 0.1%（V/V）甲酸溶液； 流动相B为含 0.1%（V/V）甲酸的乙腈溶液； 梯度程序为：0～5 min， 5% B； 5～8 min， 5%～15% B； 8～12 min， 15%～17% B； 12～15 min， 17%～24%B； 15～17 min， 24%～26% B； 17～20 min， 26%～35% B； 20～23 min， 35%～60% B； 23～26 min， 60%～95% B； 26 28 min， 95% B； 28～28.1 min， 95%～5% B； 28.1～30 min， 5% B； 紫外检测波长为360 nm ， 波长扫描范围为200～500 nm。

2.5 质谱条件

在化合物的定性识别中，采用ESI电喷雾离子源，正离子模式； 毛细管电压为3.0 kV，离子源温度为150 ℃，脱溶剂气（氮气）温度为400 ℃，雾化气（氮气）流速为600 L/h，锥孔气（氮气）流速为50 L/h， 碰撞气（氩气）流速为0.13 mL/min，对各目标组分进行子离子扫描，质荷比范围为m/z100～800，碰撞电压为35 V，裂解电压为12 V； 0～5 min阀切换到废液。

3 结果与讨论

3.1 色谱分离

在优化的分离条件下，红洋葱样品（最外两层，S1）的色谱图如图1所示，其中峰高较小的部分组分A、B、C如放大区域所示。

3.2 洋葱中黄酮醇及黄酮醇糖苷的识别

采用超高效液相色谱 光电二极管阵列检测 串联四级杆质谱联用技术对图1中的色谱峰进行识别。峰3， 5， 8和11分别通过标准品比对保留时间及质谱参数，确认为Q 3，4′ dG， Q 3 G， Q 4′ G及Q。峰1的分子离子峰＼[M+H]+为m/z789，子离子扫描如图2a所示，其中m/z627为失去一分子葡萄糖的碎片离子＼[M-Glu]+，m/z465为失去两分子葡萄糖的碎片离子＼[M-2Glu]+，m/z 303为失去三分子葡萄糖的碎片离子＼[M-3Glu]+，其中m/z303也为槲皮素苷元的特征离子，峰3识别为Q 3，7，4′ tG。峰2的质谱参数与Q 3，4′ dG一致， 其分子离子峰＼[M+H]+为m/z627，子离子扫描如图2b所示，其中465为失去一分子葡萄糖的碎片离子，m/z303为失去两分子葡萄糖的碎片离子。同时结合文献，可知Q 7，4′ dG的保留时间比Q 3，4′ dG短[12，13]，而Q 3，4′ dG已通过标准品确认保留时间为11.97 min，因此保留时间11.16 min 的峰2识别为Q 7，4′ dG。另外，峰1的紫外吸收光谱在343和265 nm有最大吸收，峰2的紫外吸收光谱在365和253 nm有最大吸收，如图3a和3b所示，其特征吸收峰与文献＼[12，13]报道的紫外光谱参数一致。

峰6和12通过标准品比对保留时间和质谱参数，分别确认为K 3 G和K。峰9的质谱参数与K 3 G一致，其分子离子峰＼[M+H]+为m/z449，子离子扫描如图2e所示，287为失去一分子葡萄糖的碎片离子，其中287也为山奈素苷元的特征离子。对洋葱中的山奈素糖苷，文献报道的山奈素糖苷中葡萄糖只在3位或4′位连接[16]，而K 3 G已通过标准品确认保留时间是16.44 min，因此保留时间17.21 min的峰9为K 4′ G。

3.3 洋葱中黄酮醇及黄酮醇糖苷的定量方法

由于缺乏所有黄酮醇糖苷的标准品，文献中对黄酮醇糖苷的定量多采用槲皮素当量的方法来表示。但是，无论在紫外检测还是质谱检测中，各化合物的信号响应并不一致，尤其在质谱检测中，黄酮醇单糖糖苷与二糖糖苷及三糖糖苷的响应差异较大，势必给各化合物的定量造成误差。本研究采用相似的计算方法，引入了摩尔信号响应因子的概念，即相同摩尔质量的化合物j与标准品i在相同条件下检测信号的比值，用Fi，j表示，通过Fi，j即可校正因化合物与标准品信号响应差异造成的误差，如公式（1）所示。由于样品中各组分的浓度差异较大，如果采用质谱进行定量分析，很难保证所有化合物均落入标准品的线性范围之内，如果加大样品的稀释比例，含量较低的组分则由于稀释倍数太大而检测不到。实验中采用紫外法进行定量分析，同时兼顾了高浓度与低浓度样品的检测与定量分析。由于黄酮醇及黄酮醇糖苷结构相似，在352～385 nm和245～270 nm有最大吸收，采用360 nm的波长进行检测，同时定量计算中采用了摩尔信号相应因子，最大限度减小了各化合物信号响应差异造成的误差。

3.4 红洋葱中黄酮醇及黄酮醇糖苷的含量及分布

对2.3节制备的3组洋葱样品进行测定，并按照公式（1）进行计算，结果如表2所示，其中各组分的含量均以两次测定的平均值（Mean）± 重复测定的标准偏差（SD）表示。

从表2可见，以干燥品计算，在相同质量的红洋葱不同部位中，无论总黄酮醇及其糖苷，还是总槲皮素及其糖苷、总异槲皮素及其糖苷和总山奈素及其糖苷，最外两层（S1）中含量均最大，约为总量的60%，其次为第三层（S2），均约为总量的34%，而内层可食部分（S3）的黄酮醇及其糖苷含量最少，均约为总量的6%，如图4所示。进一步比较红洋葱不同部位各种类黄酮醇及其糖苷的分布，发现各部位总槲皮素及其糖苷占黄酮总量的92.1%～93.7%，总异槲皮素及其糖苷占5.2%～6.4%，总山奈素及其糖苷占0.5%～1.5%。可见，不论是洋葱的外层还是内层，槲皮素及其糖苷的含量最大，而山奈素及其糖苷的含量最小。对槲皮素类化合物，含量较高的是Q， Q 4′ G及Q 3，4′ dG，不论在红洋葱的哪个部位其含量均大于总槲皮素及其糖苷含量的94.5%； 对异槲皮素类化合物，含量较高的是IR，IR 4′ G及IR 3，4′ dG，其含量均占到总异槲皮素及其糖苷含量的93.7%以上。

另外，比较红洋葱不同部位各黄酮醇苷元与其单糖糖苷及二糖糖苷所占的比例发现，在红洋葱最外两层（S1）中，总黄酮醇苷元占黄酮总量的22.9%，总黄酮醇单糖糖苷占57.0%，总黄酮醇二糖糖苷为19.8%； 在洋葱第三层（S2）中，总黄酮醇苷元占46.3%，总黄酮醇单糖糖苷为30.5%，总黄酮醇二糖糖苷为23.2%；而在洋葱内层（S3）中，总黄酮醇苷元占9.1%，总黄酮醇单糖糖苷为39.9%，总黄酮醇二糖糖苷占49.5%。如图5所示，在洋葱最外两层中，黄酮醇单糖糖苷含量最大；在洋葱第三层中，黄酮醇苷元含量最大；在洋葱内层中黄酮醇二糖糖苷含量最大，黄酮醇苷元含量最小。

洋葱中主要的黄酮醇及其糖苷类化合物是Q 4′ G，Q 3，4′ dG，Q及IR 4′ G，与文献报道的红洋葱中主要的黄酮醇糖苷类似，但各组分的含量大小有差异。如韩国和意大利红洋葱中主要的黄酮醇糖苷是Q 3，4′ dG，Q 4′ G和IR 4′ G[12，13]，其中Q的含量很低。本研究发现，红洋葱的外层中黄酮醇苷元的含量较高，如最外两层中黄酮醇苷元为黄酮总量的22.9%，第三层甚至达到46.3%。Lee等[14]在研究黄洋葱时发现外层中Q为总量的6%，而内层却不含Q，与本研究结果相似。本研究测定的红洋葱中Q的含量与文献报道有较大差异，可能与样品前处理方式有关，在上述文献中均去掉了外层，而外层中Q的含量非常高，因此导致上述文献结果中黄酮醇苷元的含量较低。另外，洋葱中山奈素及其糖苷的报道较少[16]，而本研究发现红洋葱中含有K，K 3 G和K 4′ G，主要存在于洋葱的外层，如最外两层中总山奈素及其糖苷的含量为黄酮总量的1.5%，第三层为1.4%，内层为0.5%。洋葱中黄酮醇及其糖苷含量的差异不仅与洋葱的种类有关，还与洋葱的产地、生长环境、储藏条件等有关[16～21]。

4 结 论

本研究建立了超高效液相色谱 光电二极管阵列检测 串联四级杆质谱法测定红洋葱中黄酮醇及其糖苷类化合物的方法。通过联用的紫外光谱及质谱检测器，鉴定了13种黄酮醇及黄酮醇糖苷。结果显示红洋葱中主要的黄酮醇及黄酮醇糖苷类化合物是Q 4′ G， Q 3，4′ dG， Q及IR 4′ G，其中各部位中槲皮素及槲皮素糖苷为黄酮总量的92.1%以上；并且在红洋葱外层及内层中，黄酮醇及黄酮醇糖苷分布不一致，最外两层中黄酮醇单糖糖苷含量最大，第三层中黄酮醇苷元含量最大，而内层中黄酮醇二糖糖苷含量最大；另外，在红洋葱中还发现了少量的山奈素及其糖苷，主要存在于洋葱外层。所建立的方法不仅可用于红洋葱的分析，同样适用于其它品种如黄洋葱、白洋葱等产品的分析。研究中国国产本地洋葱的化学组成，对新品种的培育、产品质量控制、活性成分的生理作用研究，以及洋葱皮副产物的加工利用等具有重要意义。

References

1 JIN Qiong， ZHOU Qi Gang， PAN Yun Guo， LIU Xiao， CHEN An Wei， GONG Zhi Qing， WANG Wen Liang.Food and Nutrition in China，2012， 18（10）： 33-25

靳 琼， 周启刚， 潘运国， 刘 晓， 程安玮， 弓志青， 王文亮. 中国食物与营养， 2012， 18（10）： 33-25

2 Ramos F A， Takaishi Y， Shirotori M，Kawaguchi Y， Tsuchiya K， Shibata H， Higuti T， Tadokoro T， Takeuchi M.J. Agric. Food Chem.， 2006， 54（10）： 3551-3557

3 Zielinska D， Wiczkowski W， Piskula M K.J. Agric. Food Chem.， 2008， 56（10）： 3524-3531

4 Prochzkov D， Bouov I， Wilhelmov N.Fitoterapia， 2011， 82（4）： 513-523

5 LIU Jiang， HU Xiao Bo， HAO Qiang， SHI Guo Qing.Journal of Henan Agricultural Sciences， 2011， 40（6）： 153-156， 160

刘 江， 胡筱波， 郝 强， 时国庆. 河南农业科学， 2011， 40（6）： 153-156， 160

6 SONG Yan Xian， MIN Yu Tao， ZHANG Fang， MA Qing Yi.China Condiment， 2012， 37（11）： 94-95， 105

宋彦显， 闵玉涛， 张 芳， 马庆一. 中国调味品， 2012， 37（11）： 94-95， 105

7 Caridi D， Trenerry V C， Rochfort S，Duong S， Laugher D， Jones R.Food Chem.， 2007， 105（2）： 691-699

8 WANG Da Li， JIN Dong Ri.Journal of Yanbian University （Natural Science）， 2006， 32（3）： 187-191

王大力， 金东日. 延边大学学报（然科学版）， 2006， 32（3）： 187-191

9 WANG Da Li， WANG Qing Shan， JIN Dong Ri.Chinese Traditional Patent Medicine， 2007， 29（6）： 867-870

王大力， 王清珊， 金东日. 中成药， 2007， 29（6）： 867-870

10 ZHANG Ren Tang， QIN Jing， SUN Xin， LIN Yun Liang.Food and Nutrition in China， 2012， 18（8）： 50-54

张仁堂， 秦 静， 孙 欣， 林云良. 中国食物与营养， 2012， 18（8）： 50-54

11 Park Y K， Lee C Y.J. Agric. Food Chem.， 1996， 44（1）： 34-36

12 Lee S U， Lee J H， Choi S H，Lee J S， Kameyama M O， Kozukue N， Levin C E， Friedman M.J. Agric. Food Chem.， 2008， 56（18）： 8541-8548

13 Bonaccorsi P， Caristi C， Gargiulli C，Leuzzi U.J. Agric. Food Chem.， 2005， 53（7）： 2733-2740

14 Lee J， Mitchell A E.J. Agric. Food Chem.， 2011， 59（3）： 857-863

15 Gennaro L， Leonardi C， Esposito F，Salucci M， Maiani G， Quaglia G， Fogliano V.J. Agric. Food Chem.， 2002， 50（7）： 1904-1910

16 Slimestad R， Fossen T， Vgen I M.J. Agric. Food Chem.， 2007， 55（25）： 10067-10080

17 Rodriíguez G B， Penóa M E， Havel J， Maria E， Rodríguez R， Díaz R C.J. Agric. Food Chem.， 2010， 58（21）： 11435-11440

18 Beesk N， Perner H， Schwarz D， George E， Krh L W， Rohn S.Food Chem.， 2010， 122（3）： 566-571

19 Olsson M E， Gustavsson K E， Vgen I M.J. Agric. Food Chem.， 2010， 58（4）： 2323-2330

20 Price K R， Bacon J R， Rhodes M J C.J. Agric. Food Chem.， 1997， 45（3）： 938-942

光电二极管范文第6篇

【关键词】光电探测器 光电转换 放大电路 PIN

1引言

随着光纤通信的快速发展，光纤测试设备（光功率计，光时域反射仪，光纤故障诊断仪，光衰减器等）的需求也在逐渐增长[1]。这些仪器设备是光纤通信系统在日常维护中是必不可少的。这些仪器设备内部都需要用到光电探测器电路，光电探测器及其设计优良的检测电路对于测量仪器性能来说尤为重要。

2光电探测器的应用分析

光电感应器件又称光电探测器。光探测器就是把光脉冲信号转换成为电信号。光探测器通过感受入射于其上的功率变化，并把这种光脉冲功率的变化转换成为相应变化的电流信号[2]。目前常用的半导体光探测器主要有具有本征层的光电二极管（PIN）、雪崩光电二极管（APD）、光电晶体管等，其中前两种应用最为广泛。其中PIN光电二极管是在P-N结光电二极管的基础上，为了得到高速响应，通过减小二极管的PN结电容，并在大量掺入杂质的P型和N型硅片层之间插入高阻抗的本征半导体材料层，从而提高了灵敏度和响应速度，其性能指标均超过P-N结光电二极管，得到了广泛使用；雪崩光电二极管APD，在同样负载条件下，具有高灵敏度，虽然具有内增益可大大降低对前置放大器的要求，但却需要上百伏的工作电压；另外，其性能与入射光功率有关，通常当入射光功率在1nW至几W时，倍增电流与入射光具有较好的线性关系，但当入射光功率过大，倍增系数M反而会降低，从而引起光电流的畸变。测量表明，只有当入射光功率小于10-5W时，光电流二次畸变才小于-60dB。并且，其特性随环境温度的变化而变化。因此，PIN光电二极管可作为光功率和光纤故障诊断仪的光电转换器。

3光电探测器的选择

目前在光通信上被广泛采用光波长为1310nm与1550nm，InGaAs型的PIN光电二极管更适合于此类波长。以武汉昱升光器件有限公司的YSPD728-G6型号光电二极管为例。该二极管是具有波长范围800-1700nm ，FC/ST/SC三种适配器可更换，响应度大于0.85A/W等特点的插拔式同轴探测器，具有响应度高、暗电流小、线性度高、稳定度高、FC/ST/SC三种适配器可更换等特点，这些特点在设计光功率计及光纤故障检测仪中带来很大的方便。

4 光电探测器放大电路设计

通过对光电探测器电路设计的测试，其电路增益达到100倍以上，电路带宽50MHz，探测器灵敏度高，能探测到微弱的光信号，如光时域反射仪需要探测的背向瑞利散射光信号，其性能参数基本达到光功率计及光时域反射仪等光纤测量仪器的设计需求，具有一定应用价值。

参考文献：

[1]张明德.光纤通信原理与系统[M].南京：东南大学出版社 2003.9.

[2]微弱激光功率计研究[D].河北工业大学.2007

[3]梁爽，王怀江.OTDR事件分析和故障判断的研究与实现[J].光通信技术， 2007，（1）.

光电二极管范文第7篇

技术理论分析

“超级”CCD与普通CCD最大的不同，是其使用的不再是普通的矩形光电二极管，而是较大的八角形光电二极管，像素则以蜂窝式排列。如图。

要提高影像质量就必须增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情况下，增加像素就意味着要缩小像素，从而缩小了像素中的光电二极管，而要提高CCD的感光度和信噪比则必须加大每个像素的光电二极管，这一矛盾对于CCD而言是难以克服的。

而“超级”CCD的设计却可以使这一矛盾得以缓和。其像素按45度角排列为蜂窝状后，控制信号通路被取消，节省下的空间使光电二极管得以增大，而八角形的光电二极管因更接近微透镜的圆形，从而可以比矩形光电二极管更有效的吸收光。光电二极管的加大和光吸收效率的提高使每个像素的吸收电荷增加，从而提高了CCD的感光度和信噪比。

普通CCD由于在互相垂直的轴上间隔较大，使其水平和垂直分辨率低于对角线上的分辨率，而“超级”CCD互相垂直的轴上间隔变窄，因此水平和垂直分辨率高于对角线上的分辨率，这也就意味着水平和垂直分辨率得到了相对提高。

从理论分析而言，使用“超级”CCD的数码相机比使用普通CCD的数码相机显然更具优势。

实拍结果对比

为了使CCD以外因素的影响减到最低，拍摄所使用的相机均为富士产品――富士 FinePix4700zoom(240万像素“超级CCD”，相当于35mm相机35-105mm富士龙镜头)和富士MX-2900zoom(230万像素普通CCD，相当于35mm相机36-108mm EBC富士龙镜头)，此两款数码相机CCD硬件精度与镜头均很接近。

由以上理论分析和实拍对比，“超级”CCD必将以更优秀的性能而逐步取代普通CCD。但想要由此把传统卤化银摄影术拉下马来仍需要克服自身的致命弱点――处理速度太慢。

注：测试使用相机由联想科技商城提供。

vs.=versus,对比之意。

普通CCD “超级”CCD

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于故宫)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于故宫)

微距模式下：

微距模式下两种CCD在细节表现方面均很好，但相比之下，“超级”CCD的图像细腻程度和影像深度则稍胜一筹。

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于爨底下)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于爨底下)

一般模式下，广角：

对于全景，普通CCD与“超级”CCD的差距很明显，“超级”CCD在层次过渡、明暗变化方面表现得更好。

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于首钢)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于首钢)

昏暗环境下：

光电二极管范文第8篇

关键词:本科实验 时间特性 教学改革

中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0212-02

《光电子技术》课程是光信息科学与技术、电子专业本科生的重要的基础专业课之一,通常还配备有《光电技术实验》。理论课程教授学生光与光源的知识,并着重介绍了光电探测器的工作原理与特性参数;实验课程使学生在光电探测方面具有坚实的理论基础、扎实的电路设计与动手能力,可提高学生综合素质,为电子科技创新提供必要的技术基础[1]。

现今大学教育注重完善本科生的教学实验室,科教仪器厂家也积极开发与课堂知识紧密相关的实验设备。但是,厂家设计的实验设备追求更多的利率,设计得集成化很高,以盒子封装,学生实验时仅需通过简单地插线即可完成,因此实验课程的本质动手能力就被忽略了。在本文中,我们将介绍光电元件时间特性的实验。在光通信等应用领域,光电元件需要响应交变信号,人们尤其需要考察不同光电元件在时间方面的响应特性[2]。通过设计光电元件时间特性测量实验,能够有助于本科生掌握光电元件的时间特性知识,并考察学生多方面的实验动手能力、常用电子设备的使用能力。

1 实验仪器及设计方案

本实验所需仪器包括直流电源、示波器以及信号发生器;元件需要光敏电阻、LED、红外发光二极管、红外光电二极管、光电三极管,以及若干电阻、面包板、导线与鳄鱼夹等。

测量电路见图1[3]。图中是采用光敏电阻作为光接收元件,也可替换为光电二极管或者光电三极管。测量电路的原理是:信号发生器产生方波信号从而交变的光信号,光电元件接收光信号后,负载电阻RL上产生的压降将随光信号的交变而有所变化。

输入的方波信号如图2,光电元件接收后在负载电阻两端的电压信号可能出现图2b和2c的两种情况。其中,图2b是指光电元件能够响应该频率的光信号,能够在响应强光照而输出高电平的平坦信号;出现图2c的波形,则元件无法及时响应交变的光信号、产生波形严重失真。这里,我们将输出的电压信号的最大幅值标记为U0。对于图2b,还包含两个重要参数:上升时间以及下降时间[3～4]。上升时间指的是负载电阻的输出电压由10%上升到90%所用的时间,下降时间指输出电压由90%下降至10%的时间。

2 实验内容的设计与拓展思考

图2电路可测量光敏二极管、光电二极管、光电三极管等多种元件的时间特性。由于各种元件的特性略有差别,在具体的实验内容上还可以采用不同的设计与扩展。

2.1 光敏电阻

(1)弱光照与强光照下,上升时间与下降时间的测量。由理论知识可知,光敏电阻的响应时间与载流子的寿命有关,并且在强光照与弱光照条件下也不尽相同,因此这部分实验要求学生分别在较弱的光照与较强光照下,测量负载电阻的输出信号,并由此计算载流子的上升时间与下降时间。

(2)频率特性的测量。频率特性曲线,指的是光电元件的灵敏度随着入射光照频率f的变化而变化的特性。灵敏度的定义为负载电阻的输出电压U0与入射光照的比值,在入射光照保持不变的情况下,频率特性曲线可简化为输出电压与入射光频率的关系。因此,本实验测量的是U0(f)的关系曲线。

需要注意的是,光电元件的上限截止频率fc指的是灵敏度下降到最大灵敏度时候的0.707位置。我们可以根据测得的曲线,找到该元件的上限截止频率,这里我们简称该方法为曲线测量法。另外,可采用直接测量法,通过观察低频时的输出电压,再找到衰减到0.707的输出电压时对应的频率。我们建议使用曲线测量法,因为由曲线测定处于0.707的衰减位更加准确。这里要求掌握频率特性曲线、上限截止频率的定义,以及如何绘制频率特性曲线、如何测量上限截止频率等。

2.2 光电二极管/光电三极管

(1)上升时间与下降时间的测量,以及与负载电阻的关系。由于光电二极管与光电三极管的时间特性由外电路的电路时间常数决定,因此我们需要考察选择不同负载电阻时上升时间与下降时间的测量。测量时选择图1电路,但至少接入2种以上的负载电阻测量。

(2)不同负载电阻下测量频率特性。光电二极管及光电三极管的频率特性与负载电阻有关,因此我们需要考察的是不同负载时的频率特性。考虑到实验操作量与课时安排,我们建议测量光电二极管及光电三极管的上限截止频率与负载之间的关系曲线,选择使用直接测量法测量上限截止频率,并最终得到横坐标为负载、纵坐标为上限截止频率的曲线。这里要求学生深刻理解负载电阻对时间、频率响应特性的影响。

(3)除外电路时间常数外其他方面引起的时间特性,以及光电元件的容性估算。除了光电二极管及光电三极管容性引起的电路时间τ,根据图1,还包括以下响应的影响:光发射部分,包括有信号发生器连接的缆线影响,发光二极管的时间响应特性;信号接收部分包括示波器的缆线影响的时间,示波器显示的时间延时,以及光电二极管与光电三极管自身结构的时间影响等。如果我们将除τ时间外的其他时间总结为τo,总时间表示为τ总=τ+τo。

光电二极管范文第9篇

Abstract: This paper presents a new type of auto-detection measurement instrument which is composed of infrared photodiode，measuring circuit and frequency counter and designed for measuring the single pendulum period. It enriched the content of traditional classical experiments with new content of modern measurement techniques, and thus effectively improved the experiment precision of measurement of acceleration of gravity using pendulum.

关键词： 单摆周期；红外光电二极管；频率计数；检测仪

Key words: single pendulum；infrared photodiode；frequency count；experiment equipment

中图分类号：TH11文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）04-0039-01

0引言

基础物理实验是物理教学的重要内容，不断改进实验教学手段，使用高新技术方法和高精度检测、计量仪器研制新的基础物理试验仪器，尽可能减少人为实验误差，提高实验精度是物理工作者的一项很有意义的工作[1]。在做用单摆测量当地的重力加速度的实验时，单摆摆动周期测定的是否准确，直接影响实验结果的精确度。在以往的实验教学中，我们一般都是采用秒表来测量单摆摆动周期的，为了减小误差一般都是采用测量单摆摆动50个周期的时间，然后求得平均值，而且要连测3-5次。在具体的操作过程中既要卡时间又要盯摆球，单摆周期数多数或少数的现象时有发生，加上停表存在的超前或滞后现象，所测结果误差较大。下面介绍我们对传统的单摆周期测量仪进行改进所得到的一种单摆周期的自动检测计量仪。

1单摆周期自动检测仪结构

单摆周期自动检测仪在原单摆实验仪的基础上增加了自动检测和自动计量电路 ，在单摆实验仪的垂直立柱下方加装一个槽型光电开关。槽型光电开关使单摆进入凹槽，从而进行遮光，接受检测。

2电检测原理

自动测量原理框图如下所述，槽型光电开关由直射型发射、接收红外光电二极管构成。把一个光发射器和一个光接收器面地面的安装在一个凹槽的两侧，发射二极管能发出红外光，在无阻挡情况下，接收光电二极管两端的电压不变;但当被测物体（金属摆球）从槽中通过时，光被遮挡，光电接收二极管会产生一个跳变的电压，输出一个开关控制信号，从而完成一个二次控制动作，槽型开关的检测因受整体结构的限制，一般距离只有几厘米，为了提高光电二极管的接收灵敏度，在接收红外光电二极管前采用聚光透镜（直径约为15mm，焦距约为30mm），凹形槽制作尽量选用黑色材料，因此有效作用距离可增加20～30倍。用成品频率计数器可直接数显该脉冲波频率或周期。单摆摆动一个周期，金属摆球将两次通过红外光电二极管，使得红外检测脉冲变化两次，将该周期乘2即为单摆摆动的周期[2]。

3测量电路由以下二部分组成

3.1 发射电路为了使发光二极管的亮度始终保持一定，由VD1、Vt1、R0、ZD1和R1构成恒流源红外发射电路。

3.2 接收电路接收电路采用了集成放大器，故线路简单，体积小，这里采用TDA4050集成电路及元件组成前置放大器，微弱的红外信号由光电二极管VD2（采用聚光透镜）接收，首先经晶体三极管vt2放大由8角输入，3角输出一个经放大的方波脉冲信号，然后送入成品频率计数器的输入端，后者可直接数显该脉冲频率或周期（或示波器），见图1[3]。

电路还设计有稳定度较高的直流稳压电源，此处不再赘述。

频率计数器选用一般通用频率率计数器即可，这里选用了系列等精度频率计数器，可获得7位有效数字（小数点后6位），直接显示频率或周期。

4测试结果

测试实验中测得摆长l=0.595米，在摆角?谆＜5°的条件下，测得脉冲波周期为0.7739秒（取小数点后4位），乘2可得单摆周期T=1.5478秒，代入单摆周期计算公式：

T=2π

可算得重力加速度g=9.7950米/秒2

按照原仪器的采用秒表计数法测量，记录单摆摆动周期50次，秒表显示时间为76.95秒，可以计算出单摆的周期为1.539秒，代入上式计算得重力加速度：

g=9.9074米/秒2

此结果与实际值的误差较大，主要是除理论误差和仪器误差外，实验观察和秒表控制所带来的测量技术误差较大且难以控制，一般采用多次测量（数十次或上百次）取平均或进行统计分析。

这种单摆周期的自动检测仪只需在原有单摆实验仪的基础上增加少量器件和实验室通用设备――频率计数器，便可以方便、快捷地完成单摆实验，且消除了实验观察记录摆动次数和秒表控制所带来的测量技术误差，提高了实验精度，有较好的实用性。

参考文献：

[1]梁建均，刘永顺.单摆周期的自动检测[J].安徽师范学院学报，2005，02：37-37.

[2]梁建均，刘永顺.单摆周期的自动检测[J].安徽师范学院学报，2005，02：37-37.

光电二极管范文第10篇

为确保电动机向所要求方向持续转动，当第一个光电管被照亮时，电动机就接收到该光电管输出产生的增力。当第二个光电管被照亮时，其电流使电动机反转，从而系统锁定在标志点处。使用差分配置可消除由于光电器件的温度不稳性和时间不稳定性所造成的误差。整个系统使用一个简单开关（如图 1 所示）来产生正向和反向两种转动。由于电动机响应时间和系统惯性在不同的应用场合相差很大，你可以根据应用场合选择CF和RF来实现合适的阻尼。CF必须足够小，以使电动机在标志点通过第二个光电管之前实现反转，否则，系统会继续运动到下一个标志点。如果CF的值过小，则会发生严重的过冲或振荡，导致传动系统故障，甚至烧毁电动机。

图1，光电电路采用一个功率运放来实现顺序位置控制。

为将过冲减到最低程度，图1中的RF1和 RF2将控制环路稳定在增益为1的点。你也可以施加一个制动力来缩短响应时间，方法是用RL和CL建立一个超前网络，使放大器根据传感器输出的变化来修正电动机的驱动。图1中的电动机具有14V的 EMF（电动势），并能在反转时在导通输出晶体管上加上 46V 的电压。这时的功耗是最坏情况下的功耗，你必须对照 SOA（安全工作区）核查这一功耗。图2示出了光束传感器的最佳校准情况。你只要将光束对准每个光电二极管的工作区，就可实现最佳的校准。光束必须照射到每个光电二极管光敏区的一半。当确定“孔”的大小时，要考虑光束位置与光电二极管之间的距离。如果光束过大，传感器在定位范围内不产生任何变化。光束太小则会在光电敏感区之间沿中心线产生一个非线性传送函数。这种非线性使人们难以选择电路阻尼电容器值CF的电容值，而且要求使用亮度更高的光源。

图2，在光束-传感器最佳对准的情况下，光束照射到每个二极管光敏区的一半。

图3显示了在不使用数模变换的情况下，如何将一个非双极信号用于集成有数字控制的系统。当逻辑线路为低电平时，信号二极管不导通。这一条件允许光电二极管对电路进行控制。Line2上的高电平使电流流入求和点，并使放大器摆动到负电平。Line1上的高电平使求和点电平高于地电平，并使放大器摆动到正电平。只要选择一个能使逻辑电平高得足以由每个光电二极管提供至少2倍的最大电流的电阻值，该电路就可保持对系统的控制，而不管光电二极管的信号如何。