來源：羅姆半導體社區

熱釋電紅外線傳感器是利用紅外線來進行數據處理的一種傳感器。主要是由一種高熱電系數的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。熱釋紅外傳感器是一種被動式調制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應工作，它是通過目標和背景的溫差來探測目標的。其響應速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應寬、工作頻率寬，靈敏度和波長無關，容易使用。

這種探測器，靈敏度高，探測面廣，是一種可靠性很強的探測器。因此廣泛應用于各類入侵報警器，自動開關、非接觸測溫、火焰報警器等，目前生產有單元、雙元、四元、180°等傳感器和帶有PCB控制電路的傳感器。

熱釋電紅外線傳感器的每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內人的行動。熱釋紅外線傳感器與菲涅爾透鏡是配套使用的，其中熱釋紅外線傳感器中的J-FET是重要的元件，我們必須了解它的特性。下面以熱釋紅外線傳感器熱釋紅外線傳感器中的應用為例，對下面的J-FET選用加以分析。

熱釋紅外線傳感器產品已采用的J-FET有很多種，性能和參數有所差異，如何確定J-FET的適用性是熱釋紅外線傳感器廠商所關注的問題。我們知道，熱釋紅外線傳感器產品的熱釋紅外線接收片（以下稱源片）是基于在一定距離內人體體溫可以輻射出來的紅外線，由于人體所處環境溫度的影響，接收到的紅外線能量非常微弱，以致到達下圖柵一地端的電勢變化極小。源片本身有很大的電阻（約l09Ω），用數字電壓表幾乎無法測到。采用下圖所示的源極跟隨器可以使對人體熱釋紅外線的接收系數大大提高，因為源極跟隨器的輸入直流電阻高達1012Ω，可以幾乎無衰減地與源片并接。而且源極跟隨器的輸出電阻很低（直流情況下與Rs相同，交流情況下則為Rs與負載RL的并聯值）。低的輸出電阻十分有利于對源片產生的電勢變化進行處理，例如放大、顯示或驅動某些執行器。

1．關于電壓放大增益

源極跟隨器具有很高的輸入、輸出電阻比，因此有較大的電流和功率增益，但電壓放大增益則恒小于1。在J-FET的輸入為反向偏置時，電壓放大增益一般在0.95左右。后級接駁放大器的源極跟隨器，電壓增益略小，問題不大。要獲取盡量接近于1的Av，可以提高gfs和工作點的gm。

工作點的gm是PIR產品需要關注的。可以先測定J-FET，并將Rs代入式(2)由于Rs是確定的，gfs選的越大則gm也越大，式(1)和式(2)是估算公式，實際情況下并不如此理想，這一點值得注意。在式(2)中，僅涉及J-FET的gfs，未與IDss相聯系。其實dfs與VP、VGS和IDSS相關的。對J-FET(Rs=0) 可以根據需要先確定gm和VGS，再按式(4)估算出gfs和VP，最后按式(3)得到IDSS。

2．VsQ與J-FET的關系

任何規格的J-FET總可以找到相同VsQ。當VG=0時，按式（2）直接用數字電壓表即可測得對應于Rs的VsQ。一般而言，J-FET的IDSS、gfs和VP都會影響到VsQ，而這些電參數適當匹配則可以獲得相同so。VsQ相同的J-FET，并不一定gm也相同，即使Rs不變，VsQ相同的J-FET也并不一定都是適合既定應用的。VsQ——|VP|是不可能的，除非柵極電位與|vp|之差大于零，即VGs為正極性。而通常的應用中，VGS均是負極性的。VsQ的建立，與電源電壓VDD關系不大。雖然VDD=VDS+VSQ，但是當VDS大于VDSat（即VGs=o對應的漏源飽和電壓，其值等于|Vp|）時，ID對VDS的變化不敏感。

3．J-FET預選估算

如果是成熟的應用VsQ和gm應該已建立起確定的范圍，無論是替換還是設計改進，該范圍是基本的依據。PIR產品的VsQ范圍和源片產生的電勢變化范圍都是確定的，PIR源片一般輸出呈正的電勢變化（也有輸出負電勢變化的情況）。當VDS小于VDSat時，J-FET處于電阻區，而VDS大于VDSat時則處于飽和區。由于Vso必定小于|Vp|而ISQ必定小于IDSS，因此，PIR產品中的J-FET是工作在飽和區。其最大工作電流為IsP即|vp|/Rs。當Rs確定，則IsP也是確定的。同一型號的J——FET，工作點(Vso，Iso)接近（JvpI，IsP）點，有比較大的g。，反之則明顯減小。例如，|vp|=0.7V時，IsP為14.8936mA，Vso為0.66V時，IsQ為14.0425μA，其△Is則為0.8511μA。而VGso（即Vc=0時）為-0.66V，則

可以得到IDS為4.3mA，按式(3)，gfs為12.3ms，按式(4)得gm=0.702ms。在|vp|和IsP相同的條件下，如果VSQ減小到0.6V，同樣運算后得IDSS為0.6255mA，gfs為1.787ms，gm則為0.2546ms。兩者相差十分明顯。因此，同一型號的J-FET，在gm已能滿足PIR產品要求時，VsQ不要太大，或者在確定的VsQ時|vp|不要太大。不是同一型號的J-FET，gfs和IDSS大，有比較大的gm，反之則明顯減小。工作點(VsQ，IsQ)距（|vp|，IsP）點也可以稍遠一些。gm并不是越大越好，如果后續級有放大器，gm滿足需求即可。gm大，相對漏電也大，導致信噪比減小和交流特性變差。

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熱釋電紅外傳感器放大器

審核編輯黃昊宇