硅光电池在平视显示器中的应用

宋利辉

摘要：阐述了光伏探测器的伏安特性及桂光电池线性工作区特点，并根据硅光电池的工作特点，设计出了平视显示器的光补偿电路，并在实际应用中起到了很好的应用效果。

关键词：平视显示器；硅光电池；补偿

中图分类号： V241.8 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2017）012-0-01

引言

平视显示器（HUD）是现代航空器中一种重要的显示系统，能使飞行员通过眼位正前方的玻璃屏幕上获得全面的飞行信息[1]，但是当飞机对着太阳飞行时，飞行员会因外部背景光线的强弱变化而无法看清HUD画面。为了改变这一状况，需要引入光电检测概念，当外部光线正常时，飞行员能看清HUD画面；当感应到外部光线增强时，HUD画面亮度得到补偿而不影响飞行员观察画面。

光电探测指的是通过光敏元件将光辐射能量转换成电压、电流等便于测量的物理量。而将光信号转化为电压、电流等电信号的元器件称为光电探测器。光电池作为一种特殊的光电探测器，种类很多，目前应用最广、最受重视的是硅光电池。

一、硅光电池工作特性介绍

1.光伏探测器伏安特性

利用PN结光伏效应制作的光电探测器件称为光伏探测器，光伏探测器的伏安特性常用公式[2]为：

I为流过探测器的总电流，iφ为反向饱和电流，e为电子电荷，u 为探测器两端电压，kB 为波尔兹曼常量，T为器件的绝对温度。

2.硅光电池工作特性

硅光电池是光伏探测器在外偏置电压为零时的特殊工作模式，即在光伏探测器伏安特性图中，硅光电池工作在第四象限，其输出功率通过负载电阻RL上的电压或流过的电流来体现，具体见图1的功率曲线示意图。

由输出功率曲线示意图可知，硅光电池的线性工作区被最佳负载线OM劃分成了两个区域：光电流区域（Ⅰ区）和光电压区域（Ⅱ区）。

在光电流区域，RL0RLM，硅光电池输出送给负载的电压信号随着光照强度变化而变化，光电压与光照强度的对数成正比。

如果需要放大光电流信号，应选择电流放大器，即RL越小，输出电流就越大，这种输出方式下要求负载电阻阻值（或放大器输入阻抗）尽量小；如果需要放大光电压信号，需要选用电压放大器，负载电阻越大，光电池的输出电压就越高，为了满足输出线性度，负载电阻阻值（或者放大器的输入阻抗）稍低或者等于RLM。一般选取

RL=0.8RLM

二、硅光电池应用设计

平视显示器使用过程中，外部背景光变化范围很大，有时正对太阳光线，有时漆黑一片，导致因对比度太小而无法看清画面上的字符。为了降低背景光线对平视显示器画面亮度的干扰，利用硅光电池的线性工作区的光电压放大特性，设计了平视显示器的光补偿电路。光电检测，当背景光线强度增强时，硅光电池输出电压增强，两者呈良好的线性关系，由于硅光电池最大的开路电压不高于0.6V ，所以在平视显示器的光补偿电路设计中采用图2的电路设计。

运算放大器的输出端电压和硅光电池中的光电压呈线性关系，线性系数由运算放大器的反馈电阻决定，将硅光电池接到到平视显示器亮度调节电路中，当背景光线较暗或者正常时，硅光电池无电压输出；当背景光线较强时，硅光电池输出电压，则平视显示器亮调节电路输出电压增加，平视显示器画面增亮，从而起到调节作用。

三、结语

硅光电池作为一种光电检测器件，具有价格低廉、线性度好的特点。应用非常广泛，深入了解硅光电池的工作原理及工作特点，能使我们更好的利用光电池为我们服务。

参考文献：

[1]韩丽英，崔海霞，编.光电变换与检测技术[M].国防工业出版社，2010，11.

[2]郭天太，等，编.光电检测技术[M].华中科技大学出版社，2012，6.