硅光電池在平視顯示器中的應用

宋利輝

摘要：闡述了光伏探測器的伏安特性及桂光電池線性工作區特點，并根據硅光電池的工作特點，設計出了平視顯示器的光補償電路，并在實際應用中起到了很好的應用效果。

關鍵詞：平視顯示器；硅光電池；補償

中圖分類號： V241.8 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）012-0-01

引言

平視顯示器（HUD）是現代航空器中一種重要的顯示系統，能使飛行員通過眼位正前方的玻璃屏幕上獲得全面的飛行信息[1]，但是當飛機對著太陽飛行時，飛行員會因外部背景光線的強弱變化而無法看清HUD畫面。為了改變這一狀況，需要引入光電檢測概念，當外部光線正常時，飛行員能看清HUD畫面；當感應到外部光線增強時，HUD畫面亮度得到補償而不影響飛行員觀察畫面。

光電探測指的是通過光敏元件將光輻射能量轉換成電壓、電流等便于測量的物理量。而將光信號轉化為電壓、電流等電信號的元器件稱為光電探測器。光電池作為一種特殊的光電探測器，種類很多，目前應用最廣、最受重視的是硅光電池。

一、硅光電池工作特性介紹

1.光伏探測器伏安特性

利用PN結光伏效應制作的光電探測器件稱為光伏探測器，光伏探測器的伏安特性常用公式[2]為：

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

2.硅光電池工作特性

硅光電池是光伏探測器在外偏置電壓為零時的特殊工作模式，即在光伏探測器伏安特性圖中，硅光電池工作在第四象限，其輸出功率通過負載電阻RL上的電壓或流過的電流來體現，具體見圖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被最佳負載線OM劃分成了兩個區域：光電流區域（Ⅰ區）和光電壓區域（Ⅱ區）。

在光電流區域，RL0RLM，硅光電池輸出送給負載的電壓信號隨著光照強度變化而變化，光電壓與光照強度的對數成正比。

如果需要放大光電流信號，應選擇電流放大器，即RL越小，輸出電流就越大，這種輸出方式下要求負載電阻阻值（或放大器輸入阻抗）盡量小；如果需要放大光電壓信號，需要選用電壓放大器，負載電阻越大，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、硅光電池應用設計

平視顯示器使用過程中，外部背景光變化范圍很大，有時正對太陽光線，有時漆黑一片，導致因對比度太小而無法看清畫面上的字符。為了降低背景光線對平視顯示器畫面亮度的干擾，利用硅光電池的線性工作區的光電壓放大特性，設計了平視顯示器的光補償電路。光電檢測，當背景光線強度增強時，硅光電池輸出電壓增強，兩者呈良好的線性關系，由于硅光電池最大的開路電壓不高于0.6V ，所以在平視顯示器的光補償電路設計中采用圖2的電路設計。

運算放大器的輸出端電壓和硅光電池中的光電壓呈線性關系，線性系數由運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節電路中，當背景光線較暗或者正常時，硅光電池無電壓輸出；當背景光線較強時，硅光電池輸出電壓，則平視顯示器亮調節電路輸出電壓增加，平視顯示器畫面增亮，從而起到調節作用。

三、結語

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

參考文獻：

[1]韓麗英，崔海霞，編.光電變換與檢測技術[M].國防工業出版社，2010，11.

[2]郭天太，等，編.光電檢測技術[M].華中科技大學出版社，2012，6.