【導讀】光電二極管的基本輸出是從陰極流過(guò)器件到陽(yáng)極的電流，與照度大致成線(xiàn)性比例。（不過(guò)請記住，光電流的大小也受入射光波長(cháng)的影響——在下一篇文章中將對此進(jìn)行更多介紹。）光電流通過(guò)串聯(lián)電阻或電流轉換為電壓以進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理- 電壓放大器。
光電流
光電二極管的基本輸出是從陰極流過(guò)器件到陽(yáng)極的電流，與照度大致成線(xiàn)性比例。（不過(guò)請記住，光電流的大小也受入射光波長(cháng)的影響——在下一篇文章中將對此進(jìn)行更多介紹。）光電流通過(guò)串聯(lián)電阻或電流轉換為電壓以進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理- 電壓放大器。
光電二極管的光電流關(guān)系的細節將根據二極管的偏置條件而變化。這是光伏模式和光電導模式之間區別的本質(zhì)：在光伏實(shí)施中，光電二極管周?chē)碾娐肥龟?yáng)極和陰極保持相同的電位；換句話(huà)說(shuō)，二極管是零偏置的。在光電導實(shí)施中，光電二極管周?chē)碾娐肥┘臃聪蚱珘?，這意味著(zhù)陰極的電勢高于陽(yáng)極。
暗電流
影響光電二極管系統的主要非理想情況稱(chēng)為暗電流，因為即使沒(méi)有照明，電流也會(huì )流過(guò)光電二極管。流過(guò)二極管的總電流是暗電流和光電流的總和。如果這些強度產(chǎn)生的光電流大小與暗電流的大小相似，則暗電流將限制系統準確測量低光強度的能力。
可以通過(guò)從二極管電流中減去預期暗電流的技術(shù)來(lái)減輕暗電流的有害影響。然而，暗電流伴隨著(zhù)暗噪聲，即作為暗電流幅度的隨機變化觀(guān)察到的散粒噪聲的一種形式。系統無(wú)法測量其相關(guān)光電流小到在暗噪聲中丟失的光強度。
光電二極管電路中的光伏模式
下圖是光伏實(shí)施的示例。
這種運算放大器電路稱(chēng)為跨阻放大器 (TIA)。它專(zhuān)門(mén)用于將電流信號轉換為電壓信號，電流電壓比由反饋電阻RF的值決定。運算放大器的同相輸入端接地，如果我們應用虛擬短路假設，我們知道反相輸入端將始終處于大約 0 V。因此，光電二極管的陰極和陽(yáng)極都保持在 0 V。
我不相信“光伏”是這種基于運算放大器的實(shí)現的完全準確的名稱(chēng)。我不認為光電二極管的功能類(lèi)似于通過(guò)光伏效應產(chǎn)生電壓的太陽(yáng)能電池。但是“光伏”是公認的術(shù)語(yǔ)，不管我喜不喜歡?！傲闫媚Ｊ健备?，我認為，因為我們可以在光伏或光電導模式下使用相同的 TIA 和光電二極管，因此沒(méi)有反向偏置電壓是顯著(zhù)的區別因素。
何時(shí)使用光伏模式
光伏模式的優(yōu)點(diǎn)是暗電流的減少。在普通二極管中，施加反向偏置電壓會(huì )增加反向電流，因為反向偏置會(huì )降低擴散電流但不會(huì )降低漂移電流，而且還會(huì )因為泄漏。
同樣的事情發(fā)生在光電二極管中，但反向電流稱(chēng)為暗電流。更高的反向偏置電壓會(huì )導致更多的暗電流，因此通過(guò)使用運算放大器將光電二極管保持在大約零偏置，我們實(shí)際上消除了暗電流。因此，光伏模式適用于需要化低照度性能的應用。
光電二極管電路中的光電導模式
要將上述檢測器電路切換到光電導模式，我們將光電二極管的陽(yáng)極連接到負電壓電源而不是接地。陰極仍為 0 V，但陽(yáng)極電壓低于 0 V；因此，光電二極管是反向偏置的。
何時(shí)使用光電導模式
向 pn 結施加反向偏置電壓會(huì )導致耗盡區變寬。這在光電二極管應用的背景下有兩個(gè)有益的影響。首先，如上一篇文章所述，較寬的耗盡區會(huì )使光電二極管更敏感。因此，當您想要產(chǎn)生與照度相關(guān)的更多輸出信號時(shí)，光電導模式是一個(gè)不錯的選擇。
其次，較寬的耗盡區會(huì )降低光電二極管的結電容。在上面所示的電路中，反饋電阻和結電容（以及其他電容源）的存在限制了系統的閉環(huán)帶寬。與基本的 RC 低通濾波器一樣，減小電容會(huì )增加截止頻率。因此，光電導模式允許更寬的帶寬，并且當您需要化檢測器響應照度快速變化的能力時(shí)更可取。
反向偏壓還擴展了光電二極管的線(xiàn)性工作范圍。如果您擔心在高照度下保持測量，您可以使用光電導模式，然后根據您的系統要求選擇反向偏置電壓。但請記住，更多的反向偏壓也會(huì )增加暗電流。
Hamamatsu 是的光電探測器制造商。該圖摘自他們的硅光電二極管手冊，讓您了解通過(guò)增加反向偏置電壓可以將光電二極管的線(xiàn)性響應區域擴展多少。
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