在CCD中，有效地收集和檢測電荷是一個重要問題。CCD的重要特性之一是信號電荷在轉(zhuǎn)移過程中與時鐘脈沖沒有任何電容耦合，而在輸出端則不可避免。因此，選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲭娐罚M可有地減小時鐘脈沖對輸出信號的容性干擾。的CCD輸出電荷信號的方式主要是稱為電流輸出方式的電路。
電流輸出方式的電路是由檢測二極管、二極管的偏置電阻R、源極輸出放大器和復(fù)位場效應(yīng)晶體管VR等單元構(gòu)成。信號電荷在轉(zhuǎn)移脈沖CR1、CR2的驅(qū)動下向右轉(zhuǎn)移到最末一級轉(zhuǎn)移電極下的勢，當(dāng)CR2上的電壓由高變低時，由于勢阱的提高，信號的電荷將通過輸出柵下的勢阱進(jìn)入反向偏置的二極管中。由電源UD、電阻R、襯底P和N區(qū)構(gòu)成的輸出二極管中的電荷，將產(chǎn)生電流的大小與注入二極管中的信號電荷成正比，而與R成反比。電阻R是制作在CCD器件內(nèi)部的固定電阻，阻值為常數(shù)。所以，輸出電流ID與注入二極管中的電荷量Q成線性關(guān)系。
復(fù)位場效應(yīng)晶體客VR用于檢測二極管的深勢阱進(jìn)行復(fù)位。它的主要作用是在一個讀出周期中，注入輸出二極管深勢阱中的信號電荷通過偏置電阻放電，偏置電阻太小中，信號電荷很容易被放掉，輸出信號的持續(xù)時間很短，不利于檢測。增大偏置電阻可以使輸出信號獲得較長的持續(xù)時間，在轉(zhuǎn)移脈沖CR1的周期內(nèi)，信號電荷被卸放掉的數(shù)量不大，有利于對信號的檢測。但是，在下一個信號到來時，沒有卸放掉的電荷勢 必與新轉(zhuǎn)移來的電荷疊加，破壞后面的信號。為此，引入復(fù)位場效應(yīng)晶體管VR，使沒有來得及被卸放掉的信號電荷通過復(fù)位場效應(yīng)晶體管卸放掉。復(fù)位場效應(yīng)晶體管在復(fù)位脈沖的RS的作用下使復(fù)位場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，它導(dǎo)通的動態(tài)電阻遠(yuǎn)小于偏置電阻的阻值，以便使輸出二極管中的剩余電荷通過復(fù)位場效應(yīng)晶體管流入電源，的電位恢復(fù)到起始的高電平，為接受新的信號電荷做好準(zhǔn)備。 |
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