CN203443671U - 一种tdi红外探测器高精度偏置电压产生电路 - Google Patents

Abstract

一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，包括稳压基准电路、第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路。该电路首先通过低噪声、低温漂、高精度的稳压基准电路产生一个固定的基准电压，然后通过电阻分压以及由低噪声、零漂移的运放和外围电路构成的运算放大电路产生所需的偏置电压。与传统的TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路相比具有高精度、低噪声、简化电路设计、降低器件漂移影响等特点。

Description

一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路

技术领域

本实用新型涉及一种高精度偏置电压产生电路，特别是一种基于TDI红外探测器的偏置电压产生电路。

背景技术

TDI红外探测器属于第二代扫描型焦平面器件，是一种线阵器件，由于它比其他线阵器件具有更高的灵敏度，更好的非均匀性，因此被广泛应用在军事侦察和航天遥感领域中。TDI红外探测器的偏置电压具有如下特点：1）电压种类多，通常情况下可以分为固定偏压和可调偏压，固定偏压值和可调偏压值也有很多种；2）对精度的要求非常高，通常情况下误差在50mV，个别电压要求误差在5mV；3）对噪声的要求非常高，通常情况下RMS噪声在1mV以下。针对这些特点，如何产生高精度的红外探测器偏置电压对于提高整个红外成像系统的成像质量是非常关键的。

传统的TDI红外探测器偏置电压产生电路，通常直接使用电压转换芯片转换后的电压作为偏压产生电路的输入，并且在偏压产生电路中没有使用低噪声、零漂移的运放，同时对于产生大电流的偏置电压电路设计过于复杂。这种处理方式有以下一些不足之处：1）偏压产生电路的电压源不够稳定，误差较大；2）运放使用不当，器件温漂过大，整个偏压产生电路受温度影响较大；3）对于需要产生大电流的偏置电压电路设计过于复杂，无法满足小型化需求。

因此为了提高整个红外成像系统的成像质量，必须针对TDI红外探测器的偏置电压特点，提出一种新的TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于TDI红外探测器的偏置电压产生电路。

本实用新型的技术解决方案是：

一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，包括：稳压基准电路、第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路，稳压基准电路产生基准电压并且输出给四个偏压产生电路，四个偏压产生电路将所述基准电压作为输入，产生偏置电压；

所述的稳压基准电路包括电压基准芯片201、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3和第四滤波电容C4，外部输入电压输入到电压基准芯片201的输入正端，输入负端接地，同时，电压基准芯片201的输入正端还通过并联到一起的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2接地，电压基准芯片201的输出信号即为所述稳压基准电路输出的基准电压，且电压基准芯片201的输出端通过并联到一起的第三滤波电容C3和第四滤波电容C4接地。

所述电压基准芯片201输出的基准电压小于该芯片的外部输入电压。

所述的第一偏压产生电路为同向放大电路，包括运算放大器202、电阻R1、R2、R3、R4和电容C5；电压基准芯片201输出的基准电压输入到运算放大器202的同相输入端，运算放大器202的反向输入端和输出端之间并联电阻R3和R4，同时，运算放大器202的反向输入端还通过并联到一起的电阻R1和R2接地，运算放大器202的输出端通过电容C5接地。

所述的第二偏压产生电路包括运算放大器203、电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C6和三极管T1；电压基准芯片201输出的基准电压输入到运算放大器203的同相输入端，运算放大器203的反向输入端还通过并联到一起的电阻R5和R6接地，运算放大器203的输出端通过电阻R9连接到三极管T1的基极，三极管的集电极连接到外部电源，同时还通过电阻R10连接到基极，发射极的输出信号即为所述第二偏压产生电路的输出，发射极分别通过电容C6和电阻R11接地，同时，发射极还通过并联到一起的电阻R7和R8连接到运算放大器203的反向输入端。

所述的第三偏压产生电路包括电阻R12、R13、R14、R15、电容C7和运算放大器204；电压基准芯片201输出的基准电压通过并联到一起的电阻R12和R13输入到运算放大器204的同向输入端，同时，运算放大器204的同向输入端还通过并联到一起的电阻R14和R15接地，运算放大器204的反向输入端与输出端连接在一起，输出端还通过电容C7接地，输出端的输出信号即为所述第三偏压产生电路的输出信号。

所述的第四偏压产生电路包括电阻R16、R18、R19、R20、R21、电容C8、运算放大器205和可变电阻R17；

电压基准芯片201输出的基准电压通过电阻R16输入到运算放大器205的同向输入端，同时运算放大器205的同向输入端还通过可变电阻R17接地，运算放大器205的反向输入端通过并联到一起的电阻R20和R21连接到输出端，同时，反向输入端还通过并联到一起的电阻R18和R19接地，运算放大器205的输出端通过电容C8接地。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

（1）本实用新型电路采用了稳压基准电路，使用该稳压基准电路产生的电压作为所有偏压产生电路的输入，避免引入不必要的误差；

（2）采用低噪声、零漂移的运放，可以有效减少噪声以及温度的变化对偏置电压产生的影响；

（3）采用低频三极管组成的电路，使用简单的电路设计达到了扩流的目的，降低了电路的复杂度。

附图说明

图1为本实用新型TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路的原理图；

图2为本实用新型稳压基准电路的原理图；

图3为本实用新型第一偏压产生电路的原理图；

图4为本实用新型第二偏压产生电路的原理图；

图5为本实用新型第三偏压产生电路的原理图；

图6为本实用新型第四偏压产生电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路的原理图，包括稳压基准电路、第一偏压产生电路（偏压产生电路1）、第二偏压产生电路（偏压产生电路2）、第三偏压产生电路（偏压产生电路3）和第四偏压产生电路（偏压产生电路4）。稳压基准电路产生一个固定的基准电压V_J，偏压产生电路1、2、3、4使用该基准电压V_J作为输入，产生所需的各种偏置电压，包括高于基准电压的固定偏压、高于基准电压的大电流固定偏压、低于基准电压的固定偏压、可调的偏压。

如图2所示，稳压基准电路包括电压基准芯片201、滤波电容C1、C2、C3和C4，外部输入电压输入到电压基准芯片201的输入正端，输入负端接地，同时，电压基准芯片201的输入正端还通过并联到一起的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2接地，电压基准芯片201的输出信号即为所述稳压基准电路输出的基准电压，且电压基准芯片201的输出端通过并联到一起的第三滤波电容C3和第四滤波电容C4接地。电容的作用为滤除输入和输出电压的电路噪声，这里电压基准芯片的选取是由固定的基准电压V_J决定的，电压基准芯片201输出的基准电压V_J小于该芯片的外部输入电压，且该基准电压通常会介于所需偏置电压最大值和最小值之间。本实用新型中电压基准芯片201采用型号AD580的芯片。

如图3所示，偏压产生电路1可以产生高于基准电压的固定偏压。偏压产生电路1为同向放大电路，包括运算放大器202、电阻R1、R2、R3、R4和电容C5；电阻R1、R2、R3和R4构成了同向放大电路的反馈网络。电压基准芯片201输出的基准电压输入到运算放大器202的同相输入端，运算放大器202的反向输入端和输出端之间并联电阻R3和R4，同时，运算放大器202的反向输入端还通过并联到一起的电阻R1和R2接地，运算放大器202的输出端通过电容C5接地。

电阻R2和R4分别并联在R1和R3的两端用来提高电压调节的精度，该电路输出的偏置电压

其中，||代表并联。

如图4所示，偏压产生电路2由同向放大电路和扩流电路组成，可以产生高于基准电压的大电流固定偏压，偏压产生电路2包括运算放大器203、电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C6和三极管T1。

同向放大电路中运算放大器203的同相输入端即基准电压，电阻R5、R6、R7和R8构成了同向放大电路的反馈网络，其中电阻R5连接在反向输入端和电路地之间，反馈电阻R7连接在反向输入端和偏压输出端之间，电阻R6和R8分别并联在R5和R7的两端，用来提高电压调节的精度，扩流电路中三极管T1的发射极即偏压输出V_O2，三极管T1的集电极需要外部提供一个电压V_C，并通过电阻R10连接到了基极，电阻R9连接在运算放大器203和三极管T1的基极之间，电阻R11连接在发射极和电路地之间。由于三极管的基极和射极之间存在0.7V左右的压降，所以给三极管的集电极电源V_C需要满足V_C>V₀₂+0.7V，以保证三极管基极电压VB为V₀₂+0.7V左右，从而能产生V_O2的偏置电压输出，该电路输出的偏置电压

如图5所示，偏压产生电路3是由电阻分压电路和电压跟随电路组成，包括电阻R12、R13、R14、R15、电容C7和运算放大器204，可以产生低于基准电压的固定偏压。

其中电阻分压电路由电阻R12、R13、R14和R15构成，分压电阻R12连接在电阻分压电路的输出端V_R1和基准电压V_J之间，分压电阻R13连接在电阻分压电路的输出端V_R1和电路地之间，电阻R14和R15分别并联在R12和R13的两端，用来提高电阻分压电路的精度，电压跟随电路是由一个运算放大器204构成，204的同相输入端即电阻分压电路的输出端V_R1，反相输入端与输出端相连，滤波电容C7的两端分别连接偏压输出V_O3和电路地，该电路输出的偏置电压 $V_{03}=V_{R1}=V_J\×\frac{R13\left|\right|R15}{R13\left|\right|R15+R12\left|\right|R14}.$

如图6所示，偏压产生电路4是由电阻分压电路和同向放大电路组成，包括电阻R16、R18、R19、R20、R21、电容C8、运算放大器205和可变电阻R17，其中电阻分压电路由电阻R16和R17构成，分压电阻R16连接在电阻分压电路的输出端V_R2和基准电压V_J之间，分压电阻R17选用了可变电阻器，连接在电阻分压电路的输出端V_R2（运算放大器205的同向输入端）和电路地之间，同向放大电路中运算放大器205的同相输入端即电阻分压电路的输出端V_R2，电阻R18、R19、R20和R21构成了同向放大电路的反馈网络，其中电阻R18连接在205反向输入端和电路地之间，反馈电阻R20连接在205反向输入端和205输出端之间，电阻R19和R21分别并联在R18和R20的两端，用来提高电压调节的精度，滤波电容C8的两端分别连接偏压输出V_O4和电路地，该电路输出的偏置电压

$V_{04}=V_{R2}\×(1+\frac{R20\left|\right|R21}{R18\left|\right|R19})=V_J\×\frac{R17}{R16+R17}\×(1+\frac{R20\left|\right|R21}{R18\left|\right|R19}).$

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于包括：稳压基准电路、第一偏压产生电路、第二偏压产生电路、第三偏压产生电路和第四偏压产生电路，稳压基准电路产生基准电压并且输出给四个偏压产生电路，四个偏压产生电路将所述基准电压作为输入，产生偏置电压；

所述的稳压基准电路包括电压基准芯片201、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3和第四滤波电容C4，外部输入电压输入到电压基准芯片201的输入正端，输入负端接地，同时，电压基准芯片201的输入正端还通过并联到一起的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2接地，电压基准芯片201的输出信号即为所述稳压基准电路输出的基准电压，且电压基准芯片201的输出端通过并联到一起的第三滤波电容C3和第四滤波电容C4接地。

2.根据权利要求1所述的一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于：所述电压基准芯片201输出的基准电压小于该芯片的外部输入电压。

3.根据权利要求1所述的一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于：所述的第一偏压产生电路为同向放大电路，包括运算放大器202、电阻R1、R2、R3、R4和电容C5；电压基准芯片201输出的基准电压输入到运算放大器202的同相输入端，运算放大器202的反向输入端和输出端之间并联电阻R3和R4，同时，运算放大器202的反向输入端还通过并联到一起的电阻R1和R2接地，运算放大器202的输出端通过电容C5接地。

4.根据权利要求1所述的一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于：所述的第二偏压产生电路包括运算放大器203、电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C6和三极管T1；电压基准芯片201输出的基准电压输入到运算放大器203的同相输入端，运算放大器203的反向输入端还通过并联到一起的电阻R5和R6接地，运算放大器203的输出端通过电阻R9连接到三极管T1的基极，三极管的集电极连接到外部电源，同时还通过电阻R10连接到基极，发射极的输出信号即为所述第二偏压产生电路的输出，发射极分别通过电容C6和电阻R11接地，同时，发射极还通过并联到一起的电阻R7和R8连接到运算放大器203的反向输入端。

5.根据权利要求1所述的一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于：所述的第三偏压产生电路包括电阻R12、R13、R14、R15、电容C7和运算放大器204；电压基准芯片201输出的基准电压通过并联到一起的电阻R12和R13输入到运算放大器204的同向输入端，同时，运算放大器204的同向输入端还通过并联到一起的电阻R14和R15接地，运算放大器204的反向输入端与输出端连接在一起，输出端还通过电容C7接地，输出端的输出信号即为所述第三偏压产生电路的输出信号。

6.根据权利要求1所述的一种TDI红外探测器高精度偏置电压产生电路，其特征在于：所述的第四偏压产生电路包括电阻R16、R18、R19、R20、R21、电容C8、运算放大器205和可变电阻R17；

电压基准芯片201输出的基准电压通过电阻R16输入到运算放大器205的同向输入端，同时运算放大器205的同向输入端还通过可变电阻R17接地，运算放大器205的反向输入端通过并联到一起的电阻R20和R21连接到输出端，同时，反向输入端还通过并联到一起的电阻R18和R19接地，运算放大器205的输出端通过电容C8接地。

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