宋利輝

摘要：闡述了光伏探測(cè)器的伏安特性及桂光電池線性工作區(qū)特點(diǎn)，并根據(jù)硅光電池的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了平視顯示器的光補(bǔ)償電路，并在實(shí)際應(yīng)用中起到了很好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：平視顯示器；硅光電池；補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)： V241.8 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2017）012-0-01

引言

平視顯示器（HUD）是現(xiàn)代航空器中一種重要的顯示系統(tǒng)，能使飛行員通過(guò)眼位正前方的玻璃屏幕上獲得全面的飛行信息[1]，但是當(dāng)飛機(jī)對(duì)著太陽(yáng)飛行時(shí)，飛行員會(huì)因外部背景光線的強(qiáng)弱變化而無(wú)法看清HUD畫(huà)面。為了改變這一狀況，需要引入光電檢測(cè)概念，當(dāng)外部光線正常時(shí)，飛行員能看清HUD畫(huà)面；當(dāng)感應(yīng)到外部光線增強(qiáng)時(shí)，HUD畫(huà)面亮度得到補(bǔ)償而不影響飛行員觀察畫(huà)面。

光電探測(cè)指的是通過(guò)光敏元件將光輻射能量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等便于測(cè)量的物理量。而將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓、電流等電信號(hào)的元器件稱(chēng)為光電探測(cè)器。光電池作為一種特殊的光電探測(cè)器，種類(lèi)很多，目前應(yīng)用最廣、最受重視的是硅光電池。

一、硅光電池工作特性介紹

1.光伏探測(cè)器伏安特性

利用PN結(jié)光伏效應(yīng)制作的光電探測(cè)器件稱(chēng)為光伏探測(cè)器，光伏探測(cè)器的伏安特性常用公式[2]為：

I為流過(guò)探測(cè)器的總電流，iφ為反向飽和電流，e為電子電荷，u 為探測(cè)器兩端電壓，kB 為波爾茲曼常量，T為器件的絕對(duì)溫度。

2.硅光電池工作特性

硅光電池是光伏探測(cè)器在外偏置電壓為零時(shí)的特殊工作模式，即在光伏探測(cè)器伏安特性圖中，硅光電池工作在第四象限，其輸出功率通過(guò)負(fù)載電阻RL上的電壓或流過(guò)的電流來(lái)體現(xiàn)，具體見(jiàn)圖1的功率曲線示意圖。

由輸出功率曲線示意圖可知，硅光電池的線性工作區(qū)被最佳負(fù)載線OM劃分成了兩個(gè)區(qū)域：光電流區(qū)域（Ⅰ區(qū)）和光電壓區(qū)域（Ⅱ區(qū)）。

在光電流區(qū)域，RL0RLM，硅光電池輸出送給負(fù)載的電壓信號(hào)隨著光照強(qiáng)度變化而變化，光電壓與光照強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。

如果需要放大光電流信號(hào)，應(yīng)選擇電流放大器，即RL越小，輸出電流就越大，這種輸出方式下要求負(fù)載電阻阻值（或放大器輸入阻抗）盡量?。蝗绻枰糯蠊怆妷盒盘?hào)，需要選用電壓放大器，負(fù)載電阻越大，光電池的輸出電壓就越高，為了滿足輸出線性度，負(fù)載電阻阻值（或者放大器的輸入阻抗）稍低或者等于RLM。一般選取

RL=0.8RLM

二、硅光電池應(yīng)用設(shè)計(jì)

平視顯示器使用過(guò)程中，外部背景光變化范圍很大，有時(shí)正對(duì)太陽(yáng)光線，有時(shí)漆黑一片，導(dǎo)致因?qū)Ρ榷忍《鵁o(wú)法看清畫(huà)面上的字符。為了降低背景光線對(duì)平視顯示器畫(huà)面亮度的干擾，利用硅光電池的線性工作區(qū)的光電壓放大特性，設(shè)計(jì)了平視顯示器的光補(bǔ)償電路。光電檢測(cè)，當(dāng)背景光線強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，硅光電池輸出電壓增強(qiáng)，兩者呈良好的線性關(guān)系，由于硅光電池最大的開(kāi)路電壓不高于0.6V ，所以在平視顯示器的光補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)中采用圖2的電路設(shè)計(jì)。

運(yùn)算放大器的輸出端電壓和硅光電池中的光電壓呈線性關(guān)系，線性系數(shù)由運(yùn)算放大器的反饋電阻決定，將硅光電池接到到平視顯示器亮度調(diào)節(jié)電路中，當(dāng)背景光線較暗或者正常時(shí)，硅光電池?zé)o電壓輸出；當(dāng)背景光線較強(qiáng)時(shí)，硅光電池輸出電壓，則平視顯示器亮調(diào)節(jié)電路輸出電壓增加，平視顯示器畫(huà)面增亮，從而起到調(diào)節(jié)作用。

三、結(jié)語(yǔ)

硅光電池作為一種光電檢測(cè)器件，具有價(jià)格低廉、線性度好的特點(diǎn)。應(yīng)用非常廣泛，深入了解硅光電池的工作原理及工作特點(diǎn)，能使我們更好的利用光電池為我們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓麗英，崔海霞，編.光電變換與檢測(cè)技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2010，11.

[2]郭天太，等，編.光電檢測(cè)技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社，2012，6.