[发明专利]一种光电探测器的增益控制电路

说明书

本发明公开了一种光电探测器的增益控制电路，包括第一、第二和第三控制器；第一控制器中的第一开关的第一端用于接收第一偏置电压；第二控制器中的第二开关的第一端用于接收第二偏置电压；第三控制器中的第三开关的第一端通过功率电阻接地；三个开关的第二端与光电探测器相连；控制第一开关闭合，第二、第三开关断开，第一偏置电压被提供给光电探测器；控制第一开关断开且第三开关闭合，光电探测器上施加的第一偏置电压通过功率电阻泄放；控制第一、第三开关断开且第二开关闭合，第二偏置电压被提供给光电探测器；本发明使增益控制在一个脉冲周期内完成状态切换，使光电探测器避免受到强背景光的影响，确保目标探测系统的增益控制状态正常切换。

技术领域

本发明属于目标探测与控制技术领域，更具体地，涉及一种增益控制电路，适用于作为激光目标探测系统中PIN光电二极管、雪崩光电二极管APD等光电探测器的增益控制处理电路。

背景技术

在激光目标探测系统中，通常采用四象限光电探测器探测目标方位。当目标发生偏移时，由于象限间辐射通量的变化，引起各个象限输出的光电流变化，四象限探测器输出的脉冲信号也会有相应的变化，脉冲信号经过一系列处理后会得到目标角度解算值。所以，对光电探测器的增益进行控制使其输出合适的脉冲信号显得至关重要。

针对光电探测器的增益控制主要有前放增益控制和偏压增益控制，前放增益控制是指控制I/V变换的放大倍数，偏压增益控制是指通过控制偏压的大小来控制探测器对入射光的响应度。四象限光电探测器内部有四个光电二极管(PIN/APD)，外加反向偏压时，光电二极管内部会形成二个电场区：高电场区与漂移区。当外加反向偏压较低时，入射光仅能产生较小的光电流，属于PIN型光电探测器工作机制。然而随着反向偏压的增大，其耗尽层的宽度也逐渐增加，当反向偏压增加到一定数值时，耗尽层会穿过P区而进入π区形成了高电场区与漂移区，属于APD型光电探测器工作机制，π为近似本征型的材料。

在高电场区，由入射光产生的空穴-电子对在高电场作用下高速运动。由于其速度很快而具有很大的动能，所以在运动过程中会出现“碰撞电离”现象，通过“碰撞电离”可以产生新的、几个或几十个二次空穴-电子对。同样，二次空穴-电子对在高电场区又可以通过“碰撞电离”效应产生三次、四次空穴-电子对。这样以来，由入射光产生的一个首次空穴-电子对，可能会产生几十个或几百个新的空穴-电子对，即所谓APD光电探测器“倍增”效应，能使在同样大小光的作用下产生比PIN光电二极管大几十倍甚至几百倍的光电流，相当于起到光放大作用。

在设计过程中，首先通过高压电源模块为光电探测器提供反向偏压，使得光电探测器对入射光具有一定的响应度；然后通过开关控制电路关断或减小高压模块输出，可以降低光电探测器对入射光的响应度，此时探测器光电流输出减小。但是，在反向偏压很低时，强光背景下光电二极管会产生反向直流，由于偏压输出端对地电阻的存在，光电探测器的偏压会由负变正，导致偏压增益切换时，放大倍数是低偏压时的几十倍，造成系统无法捕捉到脉冲信号，进而丢失目标。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种光电探测器的增益控制电路，其目的在于解决光电探测器在偏压增益切换时出现的无法捕捉到脉冲信号，进而丢失目标的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光电探测器的增益控制电路，包括：

第一控制器，具有第一开关，所述第一开关的第一端用于接收第一偏置电压；

第二控制器，具有第二开关，所述第二开关的第一端用于接收第二偏置电压；所述第一偏置电压大于第二偏置电压；

第三控制器，具有第三开关，所述第三开关的第一端通过一功率电阻接地；

工作时，第一开关、第二开关、第三开关的第二端分别与光电探测器的偏压引脚相连；

控制第一开关闭合，第二开关、第三开关断开，所述第一偏置电压被提供给光电探测器的偏压引脚；