光電信號檢測系統(tǒng)電路設(shè)計

1、濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1第五章 光電信號檢測系統(tǒng)電路設(shè)計緩變光信號檢測電路設(shè)計恒流源型光伏型可變電阻型交變光信號檢測電路設(shè)計電路動態(tài)工作狀態(tài)計算檢測電路的頻率特性光信號檢測電路的噪聲估計濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2一般情況下，光電檢測電路是由光電器件、輸入電路和前置放大器組成。光電器件把被測量光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，而輸入電路則是為光電器件提供正常的工作條件，進行電參量的變化（如將電流或電阻轉(zhuǎn)化為電壓），同時完成和前置放大器的電路匹配。光電器件輸出的微弱電信號由前置放大器進行放大，前置放大器另一個作用是匹配后置處理電路與檢測器件之間的阻抗。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3檢測電路的設(shè)計應(yīng)根據(jù)

2、光電信號的性質(zhì)、強弱、光學(xué)的和器件的噪聲電平以及輸出電平和通頻帶等技術(shù)要求來確定電路的連接形式和電路參數(shù)，保證光電器件和后續(xù)電路最佳的工作狀態(tài)，并最終使整個檢測電路滿足要求：1）靈敏的光電轉(zhuǎn)換能力：使給定的輸入光信號在允許的非線性失真條件下有最佳的信號傳輸系數(shù)，得到最大的功率、電壓或電流輸出。2）快速的動態(tài)響應(yīng)能力：滿足信號通道所要求的頻率選擇性或?qū)λ沧冃盘柕目焖俜磻?yīng)。3）最佳的信號檢測能力：具有保證可靠檢測所必需的信噪比或最小課檢測信號功率。4）長期工作的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)這些要求，檢測電路的設(shè)計通常包括的步驟步驟為：電路靜態(tài)計算、電路動態(tài)計算、噪聲估算和放大電路的選擇和設(shè)計。濟南大學(xué)物理

3、科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4緩慢變化的光信號通常采用直流電路進行檢測，直流電路的設(shè)計重點設(shè)計重點在于確定電路的靜態(tài)工作狀態(tài)，即進行靜態(tài)計算。由于光電檢測器件伏安特性的非線性，一般采用非線性電路的圖解法圖解法和分段線性法分段線性法來計算根據(jù)器件伏安特性的性質(zhì)分為：恒流源型、光伏型和可變電阻型三種基本類型，以光電二極管或光電池為線索介紹計算方法。5.1緩變光信號檢測電路設(shè)計濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院55.1.1 恒流源型光電檢測電路的靜態(tài)設(shè)計下圖給出了恒流源光電檢測器件的伏安特性，是一組以輸入光照度E或光通量為參量的曲線簇。在工作電壓較小的范圍內(nèi)曲線呈彎曲的趨勢，并且有一轉(zhuǎn)折點M。隨著工作電壓的升高，曲線逐漸

4、平直。對于不同的輸入光通量，各曲線間近似平行且間距隨光通量增大趨于相等。這種輸出電流隨器件端電壓增大而變化不大的性質(zhì)稱為恒流源特性恒流源特性。具有這種伏安特性的器件有光電管、光電倍增管、光電二極管、光電三極管等。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7（一）圖解計算法利用包含非線性元件的串聯(lián)電路的圖解法對恒流源器件輸入電路進行計算。Ub是反向偏置電壓，RL是負(fù)載電阻U0是與輸入光通量成正比的電壓信號（由RL兩端輸出）。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8Ub，RL是負(fù)載電阻和光電二極管串聯(lián)連接。對于這種簡單電路可列出回路方程為LbIRUIU)(U(I)是非線性函數(shù)。本方程可以利用圖解法

5、計算，如（b）圖所示，在伏安特性上劃出負(fù)載線Ub-IRL，它是一條斜率為-1/RL,通過U=Ub的直線，與縱軸交于Ub/RL。由于串聯(lián)回路中流過各回路元件的電流相等，負(fù)載線和對應(yīng)于輸入光通量為 的器件伏安特性曲線的交點Q即為輸入電路的靜態(tài)工作點。當(dāng)輸入光通量由 改變 時，在負(fù)載電阻RL上會產(chǎn)生 的電壓信號輸出和 的電流信號輸出。00UI濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院9上述圖解法特別適用于大信號狀態(tài)下的電路分析。例如在大信號檢測情況下可以定性的看到輸出信號的波形畸變。在用作光電開關(guān)的情況下可以借助圖解法合理的選擇電路參數(shù)使之能可靠的動作，同時保證不使器件超過其最大工作電流、最大工作電壓和最大耗散功率

6、。RL和Ub對輸出信號的影響濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院10(a)圖中，偏置電壓不變時，對于同樣的輸入光通量，負(fù)載電阻RL的減小會增大輸出信號的電流而使輸出電壓減小。但是RL的減小會受到最大工作電流和功耗的限制。為了提高輸出電壓應(yīng)增大RL，但過大的RL會使負(fù)載線越過特性曲線的轉(zhuǎn)折點M進入非線性區(qū)，而在非線性區(qū)光電靈敏度S不再是常數(shù)，是引起輸出信號波形畸變。(b)圖中，對于同樣的負(fù)載電阻，當(dāng)偏置電壓Ub的增大會增大輸出信號的電壓的幅度，并且線性度得到改善，但電壓的功耗隨之變大，并且過大的偏置電壓會引起光電二極管的反向擊穿。利用圖解法確定輸入電路的負(fù)載電阻RL和反向偏置電壓Ub時，應(yīng)根據(jù)輸入光通量的

7、變換范圍和輸出信號的幅度要求使負(fù)載線稍高于轉(zhuǎn)折點M，以便得到不失真的最大電壓輸出，同時保證Ub不大于器件的最大工作電壓。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11（二）解析計算法解析法需要對實際非線性伏安特性按照一定的畫法進行分段折線化，具體畫法視伏安特性的形狀而異。通常在轉(zhuǎn)折點M處將曲線分為兩個區(qū)域。（a）作直線與圓曲線相切。（b）經(jīng)過轉(zhuǎn)折點和原點連線，得到折線化特性的非線性部分，再用一組平行的直線分別和實際曲線的恒流部分逼近，得到折線化特性的線性工作部分。折線化伏安特性可用下列參數(shù)確定：（1）轉(zhuǎn)折電壓U0：對應(yīng)曲線轉(zhuǎn)折點M處的電壓值。（2）初始電導(dǎo)G0：非線性區(qū)近似直線的初始斜率。（3）結(jié)間漏電導(dǎo)G：

8、線性區(qū)內(nèi)各平行直線的平均斜率。（4）光電靈敏度S：單位輸入光功率所引起的光電流值。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院12設(shè)輸入光功率為P，對應(yīng)的光電流為IP，則有PISP/式中的光功率P可以是光通量也可以是光照度E。光通量和照度之間的關(guān)系為AEA為器件光敏面受光面積。利用折線化的伏安特性，可將線性區(qū)內(nèi)任意點Q處的電流值I表示為兩個電流分量的組合。SGUIIUfIpd),(：與二極管端電壓U成正比由結(jié)間漏電導(dǎo)形成的無光照電流（暗電流）：與二極管端電壓U無關(guān)，僅取決于輸入光功率的光電流。dIpI當(dāng)輸入光通量在確定工作點附件微小變化時，微變等效方程為SdgdUdIdUUIdIg是微變等效漏電導(dǎo)，S是微變光電

9、靈敏度，是伏安特性的微變參數(shù)。 在輸入光通量變化范圍為已知的條件下，解析法計算輸入電路的工作狀態(tài)步驟步驟1.確定線性工作區(qū)域2.計算負(fù)載電阻和偏置電壓3.計算輸出電壓幅度4.計算輸出電流幅度5.計算輸出電功率濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院14由對應(yīng)最大輸入光通量的伏安曲線彎曲處可確定轉(zhuǎn)折點。轉(zhuǎn)折電壓或初始電導(dǎo)，可由伏安特性曲線幾何關(guān)系得到：max000SGUUG線段MN上滿足GGSU0max00max0USGG上式給出了折線化伏安特性四個基本參數(shù)U0、G0、G、S之間的關(guān)系。1.確定線性工作區(qū)域確定線性工作區(qū)域濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15為保證最大線性輸出條件，負(fù)載線和與對應(yīng)的伏安曲線的交點不能

10、低于轉(zhuǎn)折點M。設(shè)負(fù)載線通過M點，)(000UUGUGbL線段MN上滿足0max0max000)1 (GSGGUSUUUGGbbL2.計算負(fù)載電阻和偏置電壓計算負(fù)載電阻和偏置電壓max（1）當(dāng)Ub已知時，可計算出負(fù)載電導(dǎo)GL或電阻RL（2）當(dāng)負(fù)載電導(dǎo)GL或電阻RL已知時，可計算出偏置電壓Ub)()(00maxGGGGGSULLb濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院16當(dāng)輸入光通量由 變化到 時，輸出電壓幅度為。max和可由伏安特性曲線H點和M點的電流值計算得到：點）HSGUUUGbL()(minmaxmaxGGSUGULbLmax03.計算輸出電壓幅度計算輸出電壓幅度maxmin0maxUUU點）MSGU

11、UUGbL()(max00GGSUGULbLminmax結(jié)論結(jié)論：輸出電壓幅度與輸入光通量的增量和光電靈敏度成正比，與結(jié)間漏電導(dǎo)和負(fù)載電阻成反比。GGSGGSUUULLminmax0max當(dāng)輸入光通量由 變化到 時，輸出電壓幅度為。max和可由伏安特性曲線H點和M點的電流值計算得到：點）HSGUUUGbL()(minmaxmaxGGSUGULbLmax03.計算輸出電壓幅度計算輸出電壓幅度maxmin0maxUUU點）MSGUUUGbL()(max00GGSUGULbLminmax結(jié)論結(jié)論：輸出電壓幅度與輸入光通量的增量和光電靈敏度成正比，與結(jié)間漏電導(dǎo)和負(fù)載電阻成反比。GGSGGSUUULLm

12、inmax0max濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院17當(dāng)輸入光通量由 變化到 時，輸出電流幅度為4.計算輸出電流幅度計算輸出電流幅度maxminUGIIILminmaxGGSUL)(1GGSGGSILL通常5.計算輸出電功率計算輸出電功率22)(GGSGUGUIPLLL二、光伏型光電檢測電路的靜態(tài)計算光伏型光電器件的伏安特性，是以一組入射光功率為參量的曲線簇，分布在伏安坐標(biāo)系的第四象限。由于期間的端電壓U和電流I的方向相反，對外電路形成電勢，所以具有賦能元件的性質(zhì)，可以對負(fù)載供電。有這種伏安特性的光電器件包括光光電池電池和工作于光電池狀態(tài)下的光電工作于光電池狀態(tài)下的光電二極管二極管。pUUIeIIT

13、) 1(/0若將伏安特性倒轉(zhuǎn)到第一象限及對電流的正方向做相反規(guī)定，伏安特性可表示為：) 1(/0TUUpeIIIoopTIIIIUU)(ln18濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院19（一）光伏型器件深入電路的形式輸入電路的基本形式主要有三種：無偏置電路、偏置電路和太陽能電池電路。（a）無偏置電路：光伏器件直接和負(fù)載電阻連接；（b）偏置電路：負(fù)載電阻上除串聯(lián)光伏器件外尚有與器件端電壓相反方向的偏置電源，組成方向偏置電路；（c）太陽能電池電路：作為能量變換器使用的太陽能電池充電電路。光電池多采用（a）和（c）電路，光電二極管多采用（b）電路。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院20（二）無偏置輸入電路的靜態(tài)計算對無

14、偏置光電池輸入電路的等效電路建立電路方程，有利用圖解計算法，對給定的輸入光通量 0，只要選定負(fù)載電阻RL，工作點Q即可由負(fù)載線與光電池相應(yīng)的伏安曲線的交點確定。該點處的電流IQ與電壓UQ即為RL上的輸出值。相對0的光通量增量，將形成對應(yīng)的電流變化I，和電壓U。LIRU ) 1(/0TUUPeIII由于光電池特性的非線性，負(fù)載電阻的選擇會影響光電池的輸出信號。例如在（a）圖中，對應(yīng)于光通量的增加率 = 1- 2，在短路狀態(tài)下（即RL=0），輸出電流增量I=ISC1-ISC2 ，輸出電壓為零。隨著RL的增大，輸出電壓隨之增大，直到某一臨界電阻RM之后負(fù)載上的電壓變成飽和，而輸出電流逐漸變小。另一方

15、面，輸入光通量也影響輸入電路的工作狀態(tài)。對確定的負(fù)載電阻如RM，當(dāng)輸入光通量較小時負(fù)載上的輸出電壓和電流近似的隨入射光通量成正比例增加，而當(dāng)入射光通量較大時輸出電流和電壓逐漸呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。負(fù)載電阻愈大情況愈明顯。21濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院22可以定量描述負(fù)載電阻和入射光通量對電路工作狀態(tài)（I、U、P）的影響，即根據(jù)上述公式，在同一入射光通量下，負(fù)載電阻對光電池輸出電壓、電流、功率的影響曲線表示在圖中。由圖可見，根據(jù)所選負(fù)載電阻的數(shù)值可以把光電池的工作曲線分為四個區(qū)域，分別是、，對應(yīng)的四個工作狀態(tài)為短路或線性電流放大、空載電壓輸出、線性電壓放大和功率放大。) 1(/0TLUIRPeIII00

16、/lnIIRUIUULPT00/lnIIRUIRUUIUPLPLT濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院231.短路或線性電流放大短路是一種電流變換狀態(tài)。在此狀態(tài)下，后續(xù)電流放大級作為負(fù)載從光電池中吸取最大的輸出電流。為此要求負(fù)載電阻或后續(xù)放大電路輸入阻抗盡可能小。由于RL很小，輸出電流接近于短路電流，它與光通量有良好的線性關(guān)系，即此外，在短路狀態(tài)下器件噪聲電流較低，改善了信噪比，所以最適用于弱光信號的檢測。短路電流隨受光面積的大小而改變，同一片光電池的短路電流或低電阻負(fù)載時的負(fù)載電流與受光面積的變化曲線表示在下圖中。SIeIIISCRUIRPLTL0/0) 1(SI2.空載電壓輸出空載電壓輸出是一種非線

17、性電壓變化狀態(tài)。此時光電池應(yīng)通過高輸入阻抗變換器與后續(xù)放大電路連接，相當(dāng)于輸出開路。開路電壓可寫成上式表面光電池的開路電壓隨入射光通量增大按對數(shù)規(guī)律增大，并且由于IP與光電池面積成正比，所以同一光電池的開路電壓與光電池光敏面受光面積的對數(shù)成正比。必須指出的是開路電壓并不會無限增大，它的最大值受結(jié)勢壘高度的限制。通常光電池的開路電壓為0.45-0.6V,在入射光強從零oTopToopISUIIUIIIqKTUlnln)(ln24到某一定值做跳躍變化的光電開關(guān)等應(yīng)用中簡單的利用UOC的電壓變化不需加任何偏置電源即可組成控制電路，這是它的一個優(yōu)點。由此伏安特性可以看出對于較小的入射光通量，開路電壓輸

18、出變化較大，這對弱光信號的檢測特別有利。但光電池開路電壓與入射光功率呈非線性關(guān)系，同時受溫度影響大，頻率特性不理想。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院253.線性電壓輸出線性電壓輸出狀態(tài)在串聯(lián)的負(fù)載電阻上能得到與輸入光通量近似成正比的信號電壓，負(fù)載電阻增大有助于提高輸出電壓。但當(dāng)增大到一定臨界值時，輸出信號開始發(fā)生非線性畸變。為了確定負(fù)載電阻的臨界條件，將電流展開成冪級數(shù)形式當(dāng) 時，忽略高階項，上式簡化為)(! 31)(! 211 2TLTLoTLUIRUIRIUIRSI25MMTSmVIUI)(261/TLUIR由于I0I，所以只要滿足條件就可以得到輸出電流和輸入光功率的線性關(guān)系令最大線性允許光電流

19、為IM，相應(yīng)的光通量為M，則可得輸出最大線性電壓的臨界負(fù)載電阻RM為1/TLUIR SITLoURISI/1濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院26對應(yīng)于 的輸入光功率變化，負(fù)載上電壓信號的變化為在線性關(guān)系要求不高的情況下，可以利用圖解法簡單的的得到臨界電阻RM的值。在電壓軸上作臨界電壓 的垂直線，與對應(yīng)的伏安曲線相交于M點，這樣也可以得到臨界電阻飛負(fù)載線。由于臨界電阻上的電壓UM為MMPMmVSSmVIRU)(26)(26maxOCMMMUIRU7 . 0OCMMMUIRU7 . 0所以，近似計算為OC對應(yīng)max時的值，倍數(shù)0.7是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。對應(yīng)的 輸出電壓變化為max7 . 07 . 0SUIURO

20、CpOCMmaxmax7 . 07 . 0OCOCPMUSSUIRU濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院27三、可變電阻型光電檢測電路的靜態(tài)計算阻值隨入射光通量改變的光敏電阻的伏安特性，是一組以輸入光功率為參量的通過原點的直線簇。在一定范圍內(nèi)光敏電阻的阻值不隨外電壓改變，僅取決于輸入光通量或光照度E，并有式中，G是亮電導(dǎo)，Gd是暗電導(dǎo)。阻值隨溫度改變的熱敏電阻也屬可變電阻型器件，其電阻值表達式為式中，RT為溫度T時的電阻，R0為溫度T=0時的電阻，為電阻溫度系數(shù)，T為溫度。當(dāng)溫度變化T時，電阻的變化量RT為dpGGGIUR11)1 (0TRRT)0TRRT濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院28（一）簡單輸入電路

21、最簡單的光敏電阻輸入電路是線性電路，在建立負(fù)載線之后即可確定對應(yīng)于輸入光通量1- 2變化的負(fù)載電阻上的輸出信號。電路的工作狀態(tài)也可以用解析法按線性電路規(guī)律計算，由圖a可得：LbLRRUILbLLRRURU當(dāng)輸入光通量變化時，光敏電阻阻值變化R從而引起負(fù)載電流變化I，將上式求微分得：RRRUILbL2)(22)(LbLRRSRUISRGGSRdp22)(SESGgpLLbLLRRRSRUIRU22)(濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院29兩種典型的工作狀態(tài)1.恒流偏置當(dāng)負(fù)載電阻比光敏電阻大得多即RLR的情況，這時候可以認(rèn)為負(fù)載電流與光敏電阻阻值無關(guān)，近似保持常數(shù)。這種電路稱作恒流偏置電路。同理上式表明輸

22、出信號電流取決于光敏電阻和負(fù)載電阻的比值，與偏置電壓成正比。此外可以證明恒流源偏置的電壓信噪比較高，因此適用于高靈敏度測量。優(yōu)點。LbLRUI 22LbLRSRUI但是由于RL很大，為使光敏電阻正常工作的偏置電壓則需要很高（達100V以上），這給使用帶來不便。缺點。通?？捎镁w管實現(xiàn)恒流偏置，如圖所示。利用晶體管在線性工作區(qū)時集-射極等效交流電阻很大，近似于恒流特性來實現(xiàn)偏置。但但由于電路中引入了晶體管等，將給檢測電路引入額外的噪聲。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院302.恒壓偏置如果RLR的情況，則加在光敏電阻上的電壓近似為電源電壓Ub與R無關(guān)。這種電路稱作恒壓偏置電路。對于響應(yīng)度要求不是太高，而

23、探測器本身噪聲又比較大時，一般都采用這種偏置電路。負(fù)載RL上的信號電壓為上式表面恒壓偏置的輸出信號與光敏電阻的阻值無關(guān)，僅取決于S，即光電導(dǎo)的相對變化。這樣，檢測電路在更換光敏電阻值時對電路初始狀態(tài)影響不大。這是這種電路的優(yōu)點。LbSRUU（二）電橋輸入電路為避免可變電阻型器件收環(huán)境溫度的影響常采用電橋電路。以熱敏電阻為例，選擇性能相同的兩個熱敏電阻RT1和RT2作電橋測量臂的電阻；普通電阻作為補償臂電阻，外加電源電壓為Ub。在無外來輻射照射時，調(diào)節(jié)補償電阻R2，使電橋平衡。此時電橋輸出信號為U0=0.當(dāng)有輻射作用于熱敏電阻RT1時，溫升T引起電阻的改變?yōu)槭街校琑01為熱敏電阻RT1的暗電阻。

24、此時電橋平衡破壞，開路電壓U0為1221RRRRTTRRRT011222101010)(RRRURRRRRUUTTbb)(221012RRRRRRRUTb)(221012RRRRRRRUTb濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院32在弱輻射作用下，有 ，取 ，其中R02是RT2的暗電阻。則有由上式課件輸出電壓U0與熱敏電阻變化量R成比例，并與負(fù)載電阻R有關(guān)。令可計算出當(dāng)R=R0時U0取最大值，為20010)(RRRRUUb101RRRRRR2100201RRRRRUUb4max000dRdU濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院33第二節(jié) 交變光信號檢測電路的設(shè)計 光電檢測電路接受到的是隨時間變化的光信號，如瞬變光信

25、號或各種類型的調(diào)制光信號，這類信號稱為交變光信號，其特點是信號中包含著豐富的頻率分量，當(dāng)信號微弱時，還需要多級放大等。與緩變光信號檢測電路設(shè)計不同，在分析和設(shè)計交變光信號檢測電路時，需要解決下面的動態(tài)計算問題：確定檢測電路的動態(tài)工作狀態(tài)，使在交變光信號作用下負(fù)載上能獲得最小非線性失真的電信號輸出；使檢測電路具有足夠?qū)挼念l率響應(yīng)，以能對復(fù)雜的瞬變光信號或周期光信號進行無頻率失真的變化和傳輸。一、光電信號輸入電路動態(tài)工作狀態(tài)的計算一、光電信號輸入電路動態(tài)工作狀態(tài)的計算 為提供光電檢測器件正常的工作條件，首先要在交變光信號輸入電路中建立直流工作點。另一方面輸入電路和后續(xù)電路通常是依靠阻容連接等多種方

26、式向耦合。后續(xù)電路的等效輸入阻抗和輸入電路的直流負(fù)載電阻并聯(lián)作為檢測器的交流負(fù)載。這是不同于靜態(tài)計算的主要區(qū)別之一?，F(xiàn)以光電二極管和光電池為例介紹交流檢測電路的動態(tài)計算方法。濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院34（一）光電二極管交流檢測電路首先，確定在交變光信號作用下電路的最佳工作狀態(tài)。假定輸入光照度為正弦變化即 ，光照度的變化范圍為 。若在信號通頻帶范圍內(nèi)，耦合電容Cc可認(rèn)為是短路，則等效交流負(fù)載電阻式Rb和RL的并聯(lián)。對應(yīng)的交流負(fù)載線MN應(yīng)該通過特性曲線的轉(zhuǎn)折點M，以便能充分利用器件的線性區(qū)間，其斜率由Rb和RL的并聯(lián)電阻決定。交流負(fù)載線與光照度E=E0對應(yīng)的伏安特性相交于Q點，該點對應(yīng)交變輸入光照度的直流分量，是輸入直流偏置電路的靜態(tài)工作點。通過Q點作直流負(fù)載線可以圖解得到偏置電阻Rb和電源Ub的值。負(fù)載電阻上的輸出電壓峰值Um可以利用圖（b）中陰影線三角形MHQ的數(shù)值關(guān)系計算。若交流負(fù)載的斜率是GL+Gb，設(shè)交流負(fù)載總電流峰值為Im，則有bLmmGGIUtEmsinEe0mE0E濟南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院35圖中的線段MH上有電流關(guān)系代入上式有負(fù)載電阻上的輸出功率為式中， 是負(fù)載RL上的電流峰值。由PL對RL求偏微分計算最大功率輸出下的負(fù)載電阻 ，可得阻抗匹配條件下負(fù)載的輸出電壓峰值Um0、最大輸出功率有效值PLm、和輸出電流峰值Im0為mmEmgUES