【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）雪崩光電探測器溫控偏壓補償電路設(shè)計-電氣工程及其自動化

畢業(yè)設(shè)計 （論文） 題目： 雪崩光電探測器溫控偏壓補償電路設(shè)計 學生姓名 學號 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 指導教師 評閱教師 完成日期 2012 年 5 月 15 日 1 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取 得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 2012 年 5 月 15 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關(guān)學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構(gòu)將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可 以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 1、保密 ，在 _年解密后適用本授權(quán)書。 2、不保密 。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”） 作者簽名： 2012年 5 月 15 日 導師簽名： 2012 年 5 月 15 日 2 目錄 摘 要 1 前言 3 1 崩特性分析 4 4 倍增機理及噪聲分析 5 佳增益條件分析 7 壓選擇 8 2 溫控偏壓補償電路設(shè)計 9 度傳感電路設(shè)計 9 號放大電路設(shè)計 11 壓電路設(shè)計 13 控偏壓補償電路 20 控偏壓補償電路參數(shù)計算 22 3 控偏壓補償電路仿真運行及結(jié)果分析 24 介 24 控偏壓補償電路 仿真圖 的建立 26 真運行結(jié)果分析 29 4 總結(jié)與展望 32 要研究成果總結(jié) 32 崩光電探測器及其溫控偏壓補償電路的前景展望 33 致謝 35 參考文獻 36 附錄 37 3 雪崩光電探測器溫控偏壓補償電路設(shè)計 指導老師： （三峽大學電氣與新能源學院） 摘要： 雪崩光電探測器在光纖通信，空間光通信等方面都有著舉足輕重的作用，隨著光電技術(shù)的發(fā)展對雪崩光電探測器的精度要求越來越高，反應(yīng)速度要求越來越快，應(yīng)用領(lǐng)域要求越來越廣。基于這樣一種實際需要設(shè)計精度更高，跟蹤速度更快，工作環(huán)境溫度更廣的雪崩光電探測器的溫控偏壓補償電路是十分必要的。雪崩光電探測器的主要元件為雪崩光電二極管（ 本文從 雪崩機理出發(fā)，分析了溫度對 雪崩增 益的影響，給出了 壓溫度特性曲線并在此基礎(chǔ)上給出了 最佳雪崩增益的條件及控制原理。 基于 偏壓 溫度特性設(shè)計了溫控 偏壓補償電路，該電路主要分為三部分：溫度傳感電路、信號放大電路 和升壓電路。溫度傳感電路采用集成溫度傳感元件 元件精度高、外圍電路簡單、反映速度快，實現(xiàn)了溫度的快速精確的跟蹤。信號放大電路采用信號加一級參考電壓再進行放大的方式，該設(shè)計既能夠起到放大信號的作用，又能夠起到基礎(chǔ)電壓補償?shù)淖饔?，能夠適應(yīng)幾乎所有的升壓電路。該電路的運放采用 運放性能穩(wěn)定 ,能夠 得到穩(wěn)定的放大后的電信號。升壓電路采用了高效充電元件 元件原應(yīng)用于相機閃光燈的電容充電器，它充電速度快，升壓比例調(diào)節(jié)方便，可以迅速給出 300V 甚至更高的電壓。升壓電路是基于 升壓原理同時結(jié)合線性穩(wěn)壓的基本方法而設(shè)計的一種快速充電、升壓較高的低波紋升壓電路。 本設(shè)計過程中采用了 件仿真，通過仿真實驗驗證該電路能夠滿足 路能夠在 度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，電壓精度較高，經(jīng)過仿真實驗和數(shù)據(jù)分析 輸出電壓在 100，波紋小于 10足精確的 溫度補償要求。 本設(shè)計過程當中運用了信號放大與加參考電壓雙因素 調(diào)節(jié) 的放大方式，使得該信號放大電路適應(yīng)多種升壓電路的要求，保證了補償電壓曲線能夠與 壓曲線的嚴格契合。升壓電路采用了快速充電元件 升壓電路的設(shè)計克服了傳統(tǒng)的“逆變 升壓 整流”的升壓模式的波紋大，控制復(fù)雜等缺點，成功的實現(xiàn)了集成元件的高精度升壓的設(shè)計。 本文給出了各部分的具體的電路圖，闡述了各部分的工作原理，對其優(yōu)缺點進行了比較。對本設(shè)計中使用的相關(guān)元器件做了基礎(chǔ)性介紹，給出相關(guān)原理圖、 4 工作方式和主要引腳功 能。對電路的仿真過程給予了詳細介紹，并且給出了仿真實驗圖，及相關(guān)數(shù)據(jù)表格。 關(guān)鍵字： 倍增增益 偏壓補償 he of is an in of we of is of is of an is of is an on PD of on PD PD of PD on on PD is a it of of of is to a is to a in of t to of t he is a a in of to it 00V or a WB 5 PD at C 0 C, 00is 0to of of to to of a of to of PD a of of of of of In a of It is in of a a to of 言 隨著光纖 通信，激光測距等技術(shù) 的發(fā)展， 光電探測器作為接受光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號的接收端元件受到了人們的廣泛關(guān)注。 由于光能的傳播按照指數(shù)規(guī)律衰減，因此 能夠精確的探測到 遠距離的 光信號已 經(jīng)成為光通信技術(shù)中極其重要的研究方面，近些年 人們在這一方面進行了許多探索 。為了尋找靈敏度更高的光電探測器 人們進行了大量的研究，經(jīng)過反復(fù)試驗，比較，雪崩光電探測器因其對光信號特有的敏感性得到了國內(nèi)外的研究人員的廣泛關(guān)注。 雪崩光電探測器由于具有內(nèi)增益，可顯著提高探測系統(tǒng)的信噪比，大大降低對前置放大器的要求，因而在光纖通信、激光測距、以及光纖傳感等技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。 雪崩 光電探測器 是基于雪崩光電二極管（ 雪崩特性而生成的光電探測器。 在半導體光電探測器中，入射光子激發(fā)出的光生載流子在外加偏壓下進入外電路后 ，形成可測量的光電流。 電二極管即使在最大的響應(yīng)度下 ,一個光子最多也只能產(chǎn)生一對電子 是一種無內(nèi)部增益的器件。為了獲得更大的響應(yīng)度 ,則選擇了 雪崩光電二極管。 光電流的放大作用基于電離碰撞效應(yīng) ,在一定的條件下 ,被加速的電子和空穴獲得足夠的能量 ,能夠與晶格碰撞產(chǎn)生一對新的 6 電子 這種過程是一種連鎖反應(yīng) ,從而由光吸收產(chǎn)生的一對電子 空穴對而形成較大的二次光電流。因此 有較高的響應(yīng)度和內(nèi)部增益，這種內(nèi)部增益提高了器件的信噪比。 主要應(yīng)用于長距離或接收光 功率受到其它限制而較小的光纖通信系統(tǒng)。目前很多光器件專家對 前景十分看好，認為 研究對于增強相關(guān)領(lǐng)域的國際競爭力，是十分必要的。 目前國內(nèi)外對雪崩光電探測器的研究主要集中在兩個方面：一是， 材料 及芯片結(jié)構(gòu) 方面。二是， 佳雪崩增益的工作條件。 近些年在 材料方面的研究取得了長足的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的 外近些年又研發(fā)出許多吸收系數(shù)更高，功耗更小，噪聲更低，適應(yīng)波長范圍更廣的 如：， ， ， P）/和 n（ 等。這些 性能越來越高，但是對工作條件的要求越來越 苛刻，且不同類型的 工作偏壓不同，溫控特性各異，這就要求我們?nèi)パ芯扛泳_的偏壓補償裝置來滿足這些 這些不同類型 能夠發(fā)揮其良好的性能。 這正是國內(nèi)外對 究的另一個重要方面即最佳雪崩增益的工作條件。 想獲得最佳的雪崩增益就必須通過外加偏壓使得處于臨近雪崩擊穿且沒有擊穿的狀態(tài)。理論上外加偏壓越接近于 雪崩擊穿電壓， 靈敏度越高，但是由于受外界因素的影響外加偏壓不可能無限的接近雪崩擊穿電壓，目前廣泛采用的偏壓為雪崩擊穿電壓的90%97%，具體情況 根據(jù) 所采用的 本增增益（ M） 的大小及工作條件的復(fù)雜程度做 出合理化 選擇 。 由于 內(nèi)增益與其偏壓存在密切關(guān)系，只有當偏壓接近雪崩擊穿電壓且略低于雪崩擊穿電壓時系統(tǒng)才能獲得最佳倍增因子和最大信噪比，一旦偏壓高于雪崩擊穿電壓，倍增過程所產(chǎn)生的附加噪聲將導致信噪比快速下跌。因此，控制偏壓精確跟蹤擊穿電壓是獲得最佳倍增因子的關(guān)鍵。 由于 度十分敏感，而 應(yīng)用范圍甚廣，工作環(huán)境千變?nèi)f化，因此要想 計出能夠跟蹤工作條件的偏壓補償設(shè)備。 由于雪崩擊穿電壓是背景噪聲和環(huán)境溫度的函數(shù)，為了保證雪崩光電探測器在不同溫度和背景輻射的情況下均處于最佳工作狀態(tài)， 必須從 倍增機理出發(fā)，分析 噪聲特性， 探究雪崩擊穿電壓與環(huán)境溫度的變化關(guān)系，進一步研究 偏壓與倍增因子的關(guān)系，探討 雪崩光電探測的最佳偏壓溫度補償方法 。 雪崩光電探測器溫控偏壓補償電路的設(shè)計是雪崩光電探測器的高靈敏度性能實現(xiàn)的重要保證，是 雪崩光電探測的一個重要的研究方面，對雪崩光電探測器的應(yīng)用有著重要作用。對提高光纖通信，激光測距等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的提高有著重要意義。 7 1， 雪崩特性分析 雪崩光電探測能夠廣泛的應(yīng)用于多種精密光電探測領(lǐng)域，其重要 原因在于其高靈敏度，對于很微弱的光信號也能夠檢測到，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了單光子探測，這是很多其他的光電探測器所不能比擬的。這樣高的靈敏度主要歸功于它的雪崩擊穿特性。 雪崩擊穿特性 概述 在雪崩光電二極管的 上施加一個非常高的反向偏壓 , 使結(jié)區(qū)產(chǎn)生很強的電場 , 當光照射 時所激發(fā)的光 生載流子進入結(jié)區(qū)后 ， 在強電場中會受到加速而獲得足夠的動能 ， 在高速運動中與晶格發(fā)生碰撞 ， 使晶格中的原子發(fā)生電離 , 產(chǎn)生新的電子空穴對 ， 這個過程稱為碰撞電離。 新產(chǎn)生的電子空穴對在強電場下又被加速 ， 獲得足夠能量 ， 再次與晶格碰撞 ， 產(chǎn)生出新的電子空穴對 ， 這個過程不斷往復(fù) ， 使 內(nèi)載流子迅速增加 ，電流也隨之急劇增多 ， 這種現(xiàn)象稱為雪崩效應(yīng) 。 了解了以上概念，讓我們看一下雪崩光電二極管的 雪崩擊穿特性。為了使生雪崩效應(yīng)，就必須在 產(chǎn)生碰撞電離，從而實現(xiàn)電子空穴對的倍增。當探測器探測到光子時 ，為實現(xiàn)光生載流子的培增，光生載流子必須穿過一個高電場區(qū)。在這個高場區(qū)光生電子或空穴可獲得足夠大的動能，當它們與中性原子碰撞時可以把中性原子的價電子碰撞出來，使之產(chǎn)生電離，從而激發(fā)出新的電子空穴對，新產(chǎn)生的自由電子和空穴又在強電場作用下加速飄移去撞擊其它的中性原子，結(jié)果又產(chǎn)生新的自由電子和空穴，如此連鎖反應(yīng)像雪崩一樣迅速碰撞出大量的電子和空穴，形成 內(nèi)增益和較大的輸出電流。 由上述分析知：雪崩培增的物理本質(zhì)是碰撞電離，倍增的條件是需對 從 內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)分析 倍增機理，及其噪聲特性。 為減小 結(jié)構(gòu)常采用 n+或者 p+，耗盡層主要位于低摻雜的半導體一邊。圖 1 為高反壓 n+的電場強度分布圖，其中（ a）為 的結(jié)構(gòu)示意圖，（ b）為半導體中的電場分布圖。 在 n+區(qū) （ x 0 處），由于摻雜濃度很高，電導率較大，電場強度基本為零。在 x 0 區(qū)間內(nèi)有空間電荷導致的場強分布 E(x)不難從電場高斯定理推出如下計算式 （ 1） ： x 0 )()( (1) 0 x 區(qū)間為耗盡層，場強的峰值在 n 型和 p 型半導體的分界面處。如圖 8 1-(a)所示，在耗盡區(qū)內(nèi)注入一個能量大于半導體禁帶寬度的光子，其能量被晶格原子吸收，將激發(fā)價電子躍遷到導帶，同時在價帶上留下一個空穴，形成了一對電子空穴對。在場強的作用下，光生電子向 n+區(qū)、光生空穴向 p 區(qū)加速漂移，它們在漂移過程中還會與其他晶格原子發(fā)生碰撞。如果場強很強，使得光生載流子的動能已經(jīng)增大到足以使被碰撞的原子發(fā)生電離，碰撞的結(jié)果就會產(chǎn)生新的電子 次電子 上，再去碰撞晶格原子產(chǎn)生新的電子 這一連鎖反應(yīng)便是人們熟知的雪崩效應(yīng)。 圖 1-(b)中的坐標定義， 0 為勢壘區(qū)， a b 為倍增區(qū)。 倍增區(qū)緊貼 n+區(qū)，倍增區(qū)和 n+區(qū)的厚度都很薄，各約 m1 。而勢壘區(qū)為保證入射光的完全吸收需要約 m20 。 因此絕大多數(shù)光生載流子都在 層內(nèi)產(chǎn)生。倍增區(qū)便形成了純 電 子注入 方式。 圖 1（ b） 中 在外加電場的作用下 接受到外加光子時激發(fā)出來的光生載流子進入 倍增區(qū) 后 , 在強電場中會受到加速而獲得足夠的動能 , 在高速運動中與晶格發(fā)生碰撞 , 使晶格中的原子發(fā)生電離 , 產(chǎn)生新的電子空穴對 , 這一過程不斷反復(fù)直到勢壘區(qū)被擊穿，形成雪崩擊穿，產(chǎn)生電信號 + E(x) (a) (b) a b 0 圖 1 高反壓 n+的電場強度分布 (a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)場強分布 x n+ 9 雪崩倍增機制如圖 2 所示。 圖 2 為 電子注入結(jié)構(gòu)的 雪崩機制示意圖。當 接受到光子的能量時，其 絕大多數(shù)光生載流子 都在 層內(nèi)產(chǎn)生 的 。 為了使雪崩噪聲譜密度最小化， 是設(shè)計成純電子注入結(jié)構(gòu)，倍增因子M 表達式可表示為 (2)： )(ex p (11)(ex p ( （ 2） 載流子漂移單位距離可能發(fā)生的平均電離碰撞次數(shù)稱為離化率，不同材料的化率不盡相同， 通型 離化系數(shù)如下： /)(e x p 65 (3) /)(e x p 66 (4) 圖 3 給出了離化率與場強倒數(shù)的關(guān)系 2，其中 為電子電離率， 為空穴電離率。 n+ p+ 純電子注入 圖 2 層 0 10 2 2 222/ ( )( ) / 2 ( ) 4 ( / ) S N R p s I N d L P q M F R P I F K T R F f 圖 3 化率與場強倒數(shù)的關(guān)系 益的條件分析 收機的信噪比 由下式?jīng)Q定 : (5) 式中 , 信號平均功率 ; 2 2 M 為倍增增益 ; R 為光電響應(yīng)度 ; 暗電流 , f 為帶寬 ; 過剩噪聲因子 ; K 為波爾茲曼常數(shù) ; 后級放大器的噪聲系數(shù) ; T 為絕對溫度 ;負載電阻 . 由上式可以看出 , 其他條件一定時 , M 值太小熱噪聲將起主導作用 , 信噪比難以達到系統(tǒng)要求 ; M 值太大將會提高信號平均功率 ,但同時增大了散粒噪聲 ,也會降低信噪比 . 在給定了入射光功率時 , 為達到最大的信噪比所要求的 增 增益稱為最佳倍增增益 它的值由下式給出 : 1 / ( 2 ) 4 / ( ) T in T q x R L R P I (6) 式中 , x 為過剩噪音系數(shù) , 其值取決于 制作材料及工藝 . 由上式可見 ,最佳倍增增益取決于入射光功率、暗電流、環(huán)境溫度以及光電響應(yīng)度等因素 . 殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了當它的工作溫度和反向偏壓有一方面發(fā)生變化時 , 其倍增增益 M 會隨之改變 . 為了使雪崩光電二極管工作在最佳的工作狀態(tài)。從 以上 公式，可以看出，偏置 環(huán)境 溫度 的變化規(guī)律 。 圖 4 不同溫度條件下 11 由以上分析可知 電流，環(huán)境溫度和光電響應(yīng)度等因素。而以上因素只有環(huán)境溫度是影響其倍增增益的干擾因素。由 4圖 可知不同溫度下對應(yīng)的最佳增益不同，必須設(shè)計出溫度補償電路來跟蹤補償偏壓才能保證最佳雪崩增益，保證系統(tǒng) 的 最信噪比。 偏壓選擇 如圖 5所示 為一定條件下的 如圖 5所示， 想 論上將我們需要另外加的偏置電壓無限接近于 崩增益達到 “ 一觸即發(fā) ”的效果。但實際上由于考慮到噪聲的影響，當偏置電壓無限接近于 實際選擇偏置電壓的過程中要留有一定的裕度，一般選擇在 圖 5 以上從 到了最佳雪崩增益與溫度的關(guān)系，并結(jié)合原理圖對外加溫控偏壓補償?shù)倪x擇給予了合理化的論證。 2 計 對于 原則上我們希望 個溫度十分穩(wěn)定的工作環(huán)境當中，當實際上是不可能的，目前通常的做法是將 中。當外界溫度發(fā)生很 大 的變化時， 恒溫槽 內(nèi)的 溫度發(fā)生微小改變，盡量減小溫度對 設(shè)計也是采用這種辦法，將溫度傳感器和 時監(jiān)測槽內(nèi)微小的溫度變化， 通過外設(shè)電路 對 所示。本電路設(shè)計主要分為三個部分，即溫度傳感部分，信號放大部分， 電路 升壓部分。溫度傳感器置于恒溫V I c 12 0 4 0 1 9 60 . 7 4 4 0 . 0 1 1 9 1 . 0 6 4 * 1 0T 槽內(nèi)，檢測 溫度信號轉(zhuǎn) 化成電信號輸出給信號放大電路。信號放大電路將接受來的電信號進一步放大 ，輸出電壓，電流更大的電信號，輸出給升壓 電路 ，控制 升壓電路，輸出更高的電壓給予 圖 6 度傳感電路設(shè)計 本設(shè)計中溫度傳感部分 主要元器件采用集成溫度傳感器 該集成溫度傳感元件，溫度檢測精確，電路結(jié)構(gòu)簡單，適合于多數(shù) 溫度傳感 成的集成溫度傳感元件， 所示： 表 1 引腳號 引腳名稱 功能 1 過一個 2 A 需要接地 3 度傳感器的輸出端 4 B 需要接電源 5 地 成溫度傳感器 ,只有五個引腳， 外圍電路簡單 ,線路鏈接易于接線和檢查。工作 電源電壓在 2. 7 5. 5 裝形式 ， 體積小 ， 功耗低 ， 它的輸出電壓為 溫度的線性函數(shù) ， 在 - 20 85 范圍內(nèi)非線性誤差僅為 0. 4 ， 完全能滿足系統(tǒng)要求 。 7） ： ( 0 4 ) / 0 1 9 (7) 由上式可以看出，該傳感器的溫度與電壓成線性關(guān)系，經(jīng)變換得到下式 （ 8） ： (8) 由上式可知 0 時 輸出的電壓為 744 出斜率為 11. 9 。 其實上 述（ 7）（ 8）式為近似關(guān)系式 ，精確關(guān)系式如（ 9），但是后項系數(shù)較小，通常情況下可以忽略，只有非常精確的系統(tǒng)中能夠用到。本設(shè)計中采用上述（ 8）式的近似計算。 (9) 溫度傳感電路 信號放大電路 升壓電路 13 溫度傳感電路 溫度傳感電路原理圖如圖 7所示 ，芯片連接 5溫度傳感器置于恒溫槽內(nèi)監(jiān)測溫度，由 T。 圖 7 溫度 傳感電路 號放大電路 設(shè)計 上述溫度傳感電路在溫度 0 時，所輸出的電壓信號只有 744使在更高的溫度條件下，比如 30 式輸出電壓也只有 何況還有的溫度條件下，輸出電壓更小。這樣的電壓還不足以驅(qū)動直流升壓電路，所以要在溫度傳感電路后面加一級信號放大電 路。 該信號放大電路采用 該芯片能夠工作在 125之間， 通過可調(diào)變阻器形成反饋回路，如圖 8所示： 圖 8 信號放大電路 該信號放大電路通過 1放大，由 電路的傳遞函數(shù)如下式（ 10） : *U A U 14 (10) 其中 大小由 關(guān)系式如下式（ 11）所示： 2 1 3( ) / R R (11) 表面上看來該電路的設(shè)計 是正確的，但是聯(lián)系到后級電路的設(shè)計綜合考慮還是存在一定問題的。 似于線性關(guān) 系，以一種典型的硅光電二級管為例其偏壓傳遞函數(shù)為 ： V） =。 可以抽象出一般 溫度傳遞函數(shù)為 ： d+其函數(shù)圖象如 9（ a）所示。再來看一下以上所設(shè)計的溫控偏壓補償電路的傳遞函數(shù)，將式（ 14）代入式（ 16）可得*(744T * )=函數(shù)圖象如下圖 9（ b）所示 。下圖另 K=保證里兩條直線的斜率相同，可以得到一個 個值可以通過調(diào)節(jié) 關(guān)系得到。但是這個唯一確定的 d=很難保證兩條直線的截距相同，于是就出現(xiàn)了下圖中兩條直線不重合的現(xiàn)象。 圖 9 偏壓 出現(xiàn)上述問題的原因在于沒有給放大后的電壓信號一個基礎(chǔ)電壓，換言之，該信號的放大電路是從零開始。而 隨溫度變化部分的電壓是在一定的電壓基礎(chǔ)之上變化的。所以該信號放大電路需要加給信號一個基礎(chǔ)電壓值，基礎(chǔ)電壓值的大小由所需補償?shù)?溫度函數(shù)關(guān)系決定。 需要給信號一個參考電壓值就需要得到一個可調(diào)且穩(wěn)定的電壓。 電壓跟隨器就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說，電壓跟隨器的 電壓放大倍數(shù) 恒小于a b U T 0 d 15 且接近 1。電壓跟隨器 一般起到 緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。共集電路的輸入 高阻 抗，輸出低阻抗的特性，使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級的放大電路更好的工作。電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對前級電路呈 高阻狀態(tài) ，對后級電路呈低阻狀態(tài)，因而對前后級電路起到 “隔離 ”作用。電壓跟隨器常用作中間級，以 “隔離 ”前后級之間的影響，此時稱之為緩沖級?；驹磉€是利用它的輸入阻抗高和輸出阻抗低之特點。 電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特 點，可以極端一點去理解，當輸入阻抗很高時，就相當于對前級電路開路；當輸出阻抗很低時，對后級電路就相當于一個恒壓源，即輸出電壓不受后級電路阻抗影響。一個對前級電路相當于開路，輸出電壓又不受后級阻抗影響的電路當然具備 隔離作用 ，即使前、后級電路之間互不影 。 進入電壓跟隨器的電壓需要經(jīng)過一級 分壓電阻，將 5V 的電源電壓分壓為所需要的參考電壓，設(shè)計電路圖如下： 改進后的信號放大電路如下 圖 10所示：圖 10 信號放大電路（改進） 該電路為為同相求和電路，電路由兩部分組成即為電壓跟隨器 1。電源電壓通過 6分壓進入電壓跟隨器 2穩(wěn)壓后得到一個穩(wěn)定的參考電壓，再將這個參考電壓加到上一級的信號電壓 相加后的電壓信號送給運放 改進后的放大電路的輸出電壓與信號電壓的函數(shù)關(guān)系如下式（ 12）： () U U（ 12） 4 2 6 4 2( ) / ( )R E F P C C U R R R （ 13） 根據(jù)電路需要可以調(diào)整 R 以通過調(diào)整16 經(jīng) 實例（見 證，該信號放大電路能夠適應(yīng) 信號放大電路有兩個可調(diào)量降低了后級電路的設(shè)計難度，原則上講該電路能夠適應(yīng)任何線性升壓電路。該電路的 1均采用 運放結(jié)構(gòu)簡單，精度高，誤差小適應(yīng)于高精度的信號放大。 壓電路 設(shè)計 經(jīng)信號放大電路后的電壓信號只有幾伏，不足以滿足 需要加一級升壓電路。本設(shè)計 采用集成芯片 充電速度快，充電電流大能夠迅速的給出 300它具有以下特點： 充電電流大，能夠快速對相機閃光燈電容器進行充電。 微功耗 (靜態(tài)工作電流僅為 5工作電壓范圍寬 (16V)。 允許使用體積較小的高頻變壓器，且無需電壓分壓器。 高效回掃工作 (80%)，輸出電壓可調(diào)整等優(yōu)點。 該芯片的充 電響應(yīng)曲線如下圖 11所示，由下圖可以看出該芯片的響應(yīng)速度較快，適合于快速跟蹤變壓，負荷 圖 11 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 12 所示。當 觸發(fā)器輸出高電平， 壓器 較器 旦峰值電流達到 時 1整流，產(chǎn)生高壓對閃光燈電容 腳電壓下降；當 61的輸出翻轉(zhuǎn)成低電平，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖使 17 變壓器 2組成輸出電壓檢測電路。 1、 2與基準電壓進行比較。當 而使主觸器復(fù)位， 壓器 有在 電電路才會繼續(xù)對 圖 12 部結(jié)構(gòu)框圖 3所示： 18 圖 13 以上為 800體的升壓比例由 相關(guān)參數(shù)如下表 2所示： 表 2 名稱 圖中符號 參數(shù) 輸入電壓 件電壓 0V 充電電壓 0V 驅(qū)動電壓 0V 驅(qū)動端 電流 1常工作溫度 85 短時工作溫度 150 焊接最高溫度 300 基于 根據(jù) 電路 為典型的升壓電路，通過該變 路圖如圖 14所示。 該電路中 出電壓取決于初級次級線圈比。通過感應(yīng) 其輸出一個 300電路通過強制改變它的充放電 周期，使其產(chǎn)生一個0300出電壓取決于控制電壓（ 如圖 14 所示， 1和 19 大于采樣后的輸出電壓（ 閉 饋電容 止抖動。 持關(guān)斷狀態(tài)，直到采樣輸出電壓低于控制電壓（ 該電路一直應(yīng)用相機閃光燈充電，電路可以良好的工作，且能夠快速的給出300能夠快速跟蹤控制端電壓，是難得的直流升壓裝置。但該 電路原用途是給照相機閃光燈電容充電，對紋波和輸出電壓要求不嚴格。電路缺少濾波部分，輸出的電壓噪聲較大，波紋較為明顯。顯然該電路不能滿足 電電源要求。因此要想運用 小輸出電壓的波紋，得到更加穩(wěn)定的直流高壓。 圖 14 基于 于 0 行偏壓補償，通過溫度傳感電路將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將該 電信號進行放大 輸出給放大電路。該過程中信號采集，信號放大過程中存在微小誤差是不可避免的，但是經(jīng)過升壓電路之后該誤差被大功率的放大，在加上升壓電路本身的輸出波紋很容易電壓不穩(wěn)定使得 以升壓電路的設(shè)計必須加上一級精確的濾波電路。通常情況下電壓濾波有以下幾種方法： 加大電感和輸出電容濾波 根據(jù)開關(guān)電源的公式，電感內(nèi)電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。同樣，輸出紋波與輸出電容的關(guān)系： Cof)。 可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。 通常的做法，對于輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而且 比較大，所以會在它旁邊并聯(lián)一個陶瓷電容，來彌補鋁電解電容的不足。 同時，開關(guān)電源工作時，輸入端的電壓 變，但是電流是隨開關(guān)變化的。這時輸入電源不會很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端 (以 為例，是近 )，并聯(lián)電容來提供電流。 二級濾波，就是再加一級 波器 波器對噪紋波的抑制作用比 較明顯，根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。 采樣點選在 波器之前 (輸出電壓會降低。因為任何電感都有一個直流電阻，當有電流輸出時，在電感上會有壓降產(chǎn)生，導致電源的輸出電壓降低。而且這個壓降是隨輸出電流變化的。 采樣點選在 波器之后 (這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓。但是這樣在電源系統(tǒng)內(nèi)部引入了一個電感和一個電容，有可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 開關(guān)電源輸出之后，接 性穩(wěn)壓） 濾波 這是減少紋波和噪 聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變原有的反饋系統(tǒng)，但也是成本最高，功耗最高的辦法。 任何一款 有一項指標：噪音抑制比。 對減小紋波。開關(guān)電源的 線也非常關(guān)鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關(guān)電源 程師，對于高頻噪聲，由于頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方面有專門的研究，簡單的做法是在二極管上并電容 C 或