[实用新型]应用于微弱荧光测量的雪崩二极管APD的高压偏置电路

说明书

技术领域

本实用新型属于生物医学检测领域，具体涉及应用于微弱荧光测量的雪崩二极管APD的高压偏置电路。 

背景技术

在生物医学领域，荧光技术常被用来进行物质的定性及定量测量、细胞表面免疫蛋白研究、DNA含量测定等。由于荧光强度非常微弱，而APD（雪崩二极管）可以实现雪崩倍增，并且量子效率高，价格便宜，因此常被用来测试荧光强度。APD正常工作需要几十到几百伏的高压偏置，其倍增因子随着电压的升高而变化，因此为了保证测量结果准确性，需要提供稳定的偏置电压，以保证APD准确的进行荧光强度的测量。 

APD在光通信领域，已经得到了非常广泛的应用，如美国专利US5625181A，US6031219A，US6643472B1等，但是与其在生物医学领域的应用需求有着很大的不同。光通信中光电接收机通常只需要分辨光信号的’0’（无）和’1’（有）的区别，而在生物医学领域对荧光的研究不只停留在’0’（无）和’1’（有）的阶段，而是要分辨出两种以上，甚至8种不同的强度信号（流式细胞仪应用），并且要保证良好的线性度，因此对于APD输出的偏置电压的稳定性要求更为严格。 

美国专利US5625181A所述的光接收系统主要由SELF-BIAS SECTION（自偏置部分），APD BIAS CONTROL LOOP SECTION（雪崩二极管偏置控制环部分），TEMPERATURE COMPENSATION SECTION（温度补偿部分）三部分组成，其存在两方面的问题： 

1、偏置电压输出会随着光信号的增大而减小。在自偏置部分中，当光信号增大时，流过APD的电流会增大，而该电流通过R1形成压降会增大（通常R1也比较大1M左右），这会导致APD的偏置电压降低； 

2、偏置电压会随着温度的漂移而变化。在雪崩二极管偏置控制环部分，当温度漂移时，TR1的PN结固有的温漂为2mv/℃，即其中TR1的基极和发射极间的电压（Vbe）具有2mv/℃的温度漂移，总的温度漂移可用下式计算：  ， 假设R1/R4等于50，温度漂移2℃，则偏置电压漂移200mV，这样的偏置电压漂移将导致APD的增益变化，从而影响结果的准确性。虽然具有温度补偿部分，但是TR1的温漂系数只是一个大概的值，对每一个模块都进行精细的实验来进行补偿也是不现实的，所以TR1通常只是用来补偿由于温度变化而引起的APD增益的变化。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服传统APD高压偏置电路的偏置电压输出会随着光信号的增大而减小和偏置电压会随着温度的漂移而变化的问题，使APD可以更准确地进行生物荧光方面的测试。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现： 

应用于微弱荧光测量的雪崩二极管APD的高压偏置电路，包括控制信号单元、控制信号调理单元、无温漂放大单元、输出缓冲单元和反馈单元，所述控制信号单元输出的控制信号经过所述信号调理单元调整以后使其输出信号适合特定的APD管，该输出信号经过所述无温漂放大单元放大，输出一个高压电信号，该电信号经过所述输出缓冲单元以后输出APD管的偏置电压，所述输出缓冲单元的输出电压经过所述反馈单元输出反馈信号输入到所述信号调理单元中形成反馈回路，其中： 

所述无温漂放大单元主要包括两个互补的PNP型三极管和第一NPN型三极管，其中所述PNP型三极管的发射极连接所述第一NPN型三极管的基极； 

进一步的，所述控制信号单元包括温度测量芯片，所述信号调理单元主要包括加法器，所述温度测量芯片的输出端通过可调电阻R22连接所述加法器的反相输入端，所述加法器的反相输入端还连接控制信号端Vctrl，所述加法器的输出端还连接所述PNP型三极管的基极； 

优选的，所述可调电阻R22的值根据雪崩二极管的温度系数调节，补偿随着温度变化而引起的雪崩二极管的增益的变化。 

进一步的，所述输出缓冲单元包括一个第二NPN型三极管，所述第二NPN型三极管的基极连接所述第一NPN型三极管的集电极，所述反馈单元包括分压电阻R51和反馈电阻R52，所述反馈电阻R52的一端连接所述第二NPN型三极管的发射极，另一端分别连接所述加法器的正向输入端和所述分压电阻R51，所述分压电阻R51的另一端接地。 

优选的，所述分压电阻R51可由两个或者多个电阻并联而成。 

优选的，所述反馈电阻R52可由两个电阻或多个电阻串联而成。 

本实用新型的有益效果是: