光電二極管啟蒙

看到技術(shù)論壇上出現不少關(guān)于光電二極管和相關(guān)電路的問(wèn)題，針對這方面內容，我想跟更多同行做個(gè)分享。這些知識是所有模擬設計者所必須了解的。

一個(gè)典型的光電二極管模型包含以下關(guān)鍵元素，一個(gè)二極管并聯(lián)一個(gè)電流源，并且電流源與光強成正比。寄生元件CD和 RD 會(huì )影響器件性能。

光伏模式-光電流在如圖2所示的環(huán)路中流動(dòng)，并且給二極管提供正向偏置。由于二極管的電壓電流間成對數關(guān)系，因此空載的輸出電壓與光電流間近似成對數關(guān)系，并且通過(guò)RD 上的一個(gè)小電流得到修正。所以輸出電壓與光強之間是高度非線(xiàn)性的關(guān)系。某些應用將很受益于對數關(guān)系,因為在很大的范圍內，光強的改變(眼睛是完美的對數型) 會(huì )使電壓發(fā)生類(lèi)似的改變。由于二極管電壓電流特性與溫度相關(guān)， 電壓與光強之間的絕對關(guān)系很差。

在光伏模式下，二極管電容限制了頻率響應。光強的快速改變會(huì )對CD進(jìn)行充放電。這并不是用于快速響應的模式。

輸出端可以引入緩沖，或者輸出端也可以進(jìn)行同相放大。為了實(shí)現低的輸入偏置電流，可以使用CMOS或者JFET的運算放大器。從而在低的光強的情況下，運放不至于成為光電二極管的負載。

在光伏模式下的輸出功率，當輸出端引入負載時(shí)電壓會(huì )有明顯的下降。為了輸出最高的功率，所采用的負載值由光強決定。

光敏模式-二極管電壓為常量，如圖3所示，通常為0V。通常會(huì )使用跨阻放大器來(lái)將光電流轉換為電壓?？梢酝ㄟ^(guò)對光電二極管加反向偏置的方法來(lái)降低它的電容，但這會(huì )造成暗電流的泄露。當二極管兩端沒(méi)有正向電壓的時(shí)候，響應與光強之間是成線(xiàn)性關(guān)系的。此外，二極管電容兩端的電壓不會(huì )隨著(zhù)光強的改變而改變，因此頻率響應大大改善了。由于電容在負反饋的回路中形成了一個(gè)極點(diǎn)，因此很有必要降低電容的值。為了實(shí)現穩定性的，通常引入一個(gè)反饋電容CF。

僅僅通過(guò)加載一個(gè)大約50歐姆左右的阻值的光電二極管，你就可以從光敏模式中得到很多益處。如果二極管電壓沒(méi)超過(guò)20 mV，就沒(méi)必要對二極管進(jìn)行正向偏置，同時(shí)響應也是是合理的并且快速的。然而靈敏度會(huì )很低。

雪崩式光電二極管是特殊的模式，需要對其提供接近于擊穿電壓的反向偏置電壓。這就使得在低光強的情況下，輸出電流可以被放大。

選擇光電二極管的時(shí)候會(huì )存在很多權衡，包括光電二極管的尺寸，電容，噪聲，暗電流以及封裝類(lèi)型。一般來(lái)說(shuō)，最好是選用較小的同時(shí)帶有反射器或者透鏡可以聚集光源的光電二極管。德州儀器沒(méi)有生產(chǎn)單獨的光電二極管，然而對于很多基本的應用，將光電二極管和跨阻放大器集成在一塊芯片上的OPT101會(huì )提供一個(gè)完整的解決方案。

我知道許多工程師專(zhuān)職設計光電二極管電路，對于高性能的應用，還有很多需要學(xué)習的東西。我在這方面并不是一個(gè)權威，但我愿把我的所知拿來(lái)與大家分享。事實(shí)上，對于我的大部分話(huà)題，我都不是權威。這也就是我不寫(xiě)書(shū)，而僅僅寫(xiě)博客的原因。

感謝閱讀。我們很樂(lè )意知道你是否為了一個(gè)不平常的目的使用了光電二極管?另外，歡迎專(zhuān)家給出一些評論或建議。