雪崩电流信号整形电路中的熄火电路

Posted 卓晴

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了雪崩电流信号整形电路中的熄火电路相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

简 介： 本文对于单光子雪崩电流脉冲整形电路中的熄火电路进行了修改。通过更换高速熄火MOS管，可以使得脉冲宽度从原来的5微妙降低到0.5微妙。产生的脉冲宽度实际上与偏置电压还有很大关系，如果提高偏置电压，原来单个脉冲就会变成两个脉冲。在低反偏电压下，脉冲数量与光强之间呈现比较好的线性关系。

关键词： LED，单光子

熄火电路 目 录
Contents 背景介绍 电路测试 单片机计数 LED电流与脉冲 总 结

 

01 熄火电路

一、背景介绍

  在博文 测试红外LED单光子信号整形电路 调试了对LED反向单光子雪崩信号整形电路。 其中熄火电路是将LED反向击穿时尽快恢复到截止状态，以便能够对于下一个光子进行检测。 由于使用的是普通MOS管，熄火电路截止不够迅速， 所以下面通过替换成高速MOS来提高熄火电路的效率。

二、电路测试

  这是测试电路， 主要是将T1对应的MOS管修改成高速MOS器件。 对应的型号为TC254。这款高速MOS曾经是用在无线充电电路中。 另外，根据测试结果，在反馈回路中增加了R6，C1移相电路，防止电路产生移相式振荡。 下面测试一下电路的特性。

▲ 图1.2.1 测试电路图


  这是实测电路信号。 上面黄色型号是比较器输出信号。 下面蓝色信号R2上的信号。可以看到LED结电容耦合很大的负向脉冲信号。

▲ 图1.2.3 波形信号。C1：比较器输出信号；C2：R2上的信号

  作为对比，将MOS管替换成原来的CSD19535型号的MOS管。 可以看到对应的脉冲就宽多了。 因此，替换MOS管可以极大改善熄火电路的性能。

▲ 图1.2.2 使用普通的MOS管对应的波形

  重新利用MEGA8单片机计数器对于整形后的脉冲进行计数，测量整形后大约0.5微妙的脉冲是否可以正常触发单片机计数器。 经过测试，效果还是很不错。 单片机输出计数功能很正常。 因此改进后的电路能够满足试验的要求。

三、单片机计数

  下面按照博文“红外LED反向雪崩脉冲信号中实验方法。 重新测量无光下反向偏置电压与脉冲数量之间的关系。 以及对于发光LED电流与脉冲数量之间的关系曲线。

  这是无光时反向偏置电压与脉冲之间的关系。整体趋势与之前测量的结果类似。 只是在45V偏置，测量到的脉冲数量达到了37849个， 比起没有整形之前的脉冲数量多了3倍左右。

▲ 图1.3.1 无光下偏置电压与脉冲数量之间的关系 

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2023-01-16
#
# Note:
#============================================================

from headm import *

import serial
from _ast import Or
from serial.serialutil import SerialException
from tsmodule.tsvisa        import *


#------------------------------------------------------------
sport = serial.Serial()
sport.baudrate = 115200
sport.timeout = 0.05
try:
    sport.port = 'COM1'
except:
    printf('Set sport port COM1 error. ')

try:
    sport.open()
except serial.serialutil.SerialException:
    printf('Open sport port COM1 error.')
else:
    printf('Open sport port COM1 Ok.')

sport.setDTR(False)
sport.setRTS(False)

#------------------------------------------------------------
sport.write(bytes((0x1,)))
sport.read(10)

def readPulse():
    sport.write(bytes((0x1,)))

    ret = ''
    for i in range(10):
        time.sleep(.01)
        ret = sport.read(10)
        if len(ret) > 0:
            break

    nstr = ret.decode('utf-8')

    return int(nstr)
#------------------------------------------------------------

vdim = linspace(39.5, 45, 100)
pdim = []

for v in vdim:
    dh1766volt(v)
    time.sleep(.5)

    r = readPulse()
    printff(v, r)
    pdim.append(r)

    tspsave('result', vdim=vdim, pdim=pdim)

dh1766volt(40)

plt.plot(vdim, pdim)

plt.xlabel("Voltage(V)")
plt.ylabel("Number")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
printf('\\a')

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

四、LED电流与脉冲

  这是在反压40.4V情况下，测量红色LED照射下，发光LED电流与雪崩电流信号数量之间的关系。 整体上形成大约平方根的关系。 这一点的确出乎意料之外。这是为什么呢？

▲ 图1.4.1 照明LED电流与脉冲数量 

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2023-01-16
#
# Note:
#============================================================

from headm import *

import serial
from _ast import Or
from serial.serialutil import SerialException
from tsmodule.tsvisa        import *
from tsmodule.tsstm32       import *



#------------------------------------------------------------
sport = serial.Serial()
sport.baudrate = 115200
sport.timeout = 0.05
try:
    sport.port = 'COM1'
except:
    printf('Set sport port COM1 error. ')

try:
    sport.open()
except serial.serialutil.SerialException:
    printf('Open sport port COM1 error.')
else:
    printf('Open sport port COM1 Ok.')

sport.setDTR(False)
sport.setRTS(False)

#------------------------------------------------------------
sport.write(bytes((0x1,)))
sport.read(20)

def readPulse():

    if sport.inWaiting() > 0:
        sport.read(20)

    sport.write(bytes((0x1,)))

    ret = ''
    for i in range(10):
        time.sleep(.01)
        ret = sport.read(10)
        if len(ret) > 0:
            break

    nstr = ret.decode('utf-8')

    return int(nstr)

#------------------------------------------------------------
'''
vdim = linspace(39.5, 45, 100)
pdim = []

for v in vdim:
    dh1766volt(v)
    time.sleep(.5)

    r = readPulse()
    printff(v, r)
    pdim.append(r)

    tspsave('result', vdim=vdim, pdim=pdim)

dh1766volt(40)

plt.plot(vdim, pdim)

plt.xlabel("Voltage(V)")
plt.ylabel("Number")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
'''
#------------------------------------------------------------

dp1308open(108)
dp1308p6v(3)

R = 220
vdim = linspace(0.5, 5, 100)
idim = []
rdim = []

for v in vdim:
    dp1308p6v(v)
    time.sleep(1.5)
    meter = meterval()
    vr = meter[0]
    i = vr/R*1000                   # unit:mA

    idim.append(i)
    r = readPulse()
    rdim.append(r)

    printff(i, r)

    tspsave('currresult', idim=idim, rdim=rdim)

plt.plot(idim, rdim)

plt.xlabel("Current(mA)")
plt.ylabel("Number")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()


#------------------------------------------------------------
printf('\\a')

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

  将LED的偏置电压提高到40.9V，重新测量照明LED电流与雪崩脉冲数量之间的关系。 可以看到在电流为1.5mA的时候，雪崩计数就接近于饱和了。 这说明反向LED检测光子的灵敏度增加了。

▲ 图1.4.2 偏压40.9V对应的光电流与脉冲是晒得之间的关系

  这是将红外单光子检测LED的反向偏置电压降低到40.25V，测量照明LED的电流与雪崩电流脉冲数量之间的关系。 可以看到输出整体上呈现更好的线性关系。 这种现象说明低压下，器件灵敏度降低，脉冲数减少，检测到的脉冲数量与光强之间呈现较好的线性关系。

▲ 图1.4.3 偏置电压为40.25V时对应的光电流与脉冲数量

 

※ 总  结 ※

  本文对于单光子雪崩电流脉冲整形电路中的熄火电路进行了修改。 通过更换高速熄火MOS管，可以使得脉冲宽度从原来的5微妙降低到0.5微妙。 产生的脉冲宽度实际上与偏置电压还有很大关系，如果提高偏置电压，原来单个脉冲就会变成两个脉冲。 在低反偏电压下，脉冲数量与光强之间呈现比较好的线性关系。

▲ 图2.1 整形后的脉冲波形

■ 相关文献链接:

● 相关图表链接:

以上是关于雪崩电流信号整形电路中的熄火电路的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

测量T254CSD19535两种MOS管的输入电容

红外LED反向雪崩脉冲信号

挖掘TVS管在电路保护中的应用

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微弱直流电压/电流信号的采样电路

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