日期：2023-06-16
光敏二極管是一種將光轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。當(dāng)光子被光電二極管吸收時，就會產(chǎn)生電流。濾光片、內(nèi)置透鏡以及寬或窄的表面區(qū)域都可以用于光敏二極管。如果光敏二極管的表面積增加，反應(yīng)時間就會變慢。廣域光敏二極管是最常見的用于產(chǎn)生太陽能的太陽能電池。光敏二極管的特性如下：光敏二極管產(chǎn)生的噪聲非常小。光敏二極管的使用壽命非常長。
它是可用的最小和最輕的二極管之一。二極管在入射光方面具有很強(qiáng)的線性度。敏二極管應(yīng)該具有寬光譜響應(yīng)。它有可能在機(jī)械上變得堅韌。
光敏二極管一、電荷載流子
LED 和光敏二極管是彼此相反的極性。LED 使用電荷載流子產(chǎn)生光，而光電二極管使用入射光子產(chǎn)生電流。簡單來說，LED 將電能轉(zhuǎn)化為光能，而光敏二極管將光能轉(zhuǎn)化為電能。光敏二極管用于光通信設(shè)備、汽車應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、解調(diào)過程、邏輯電路、光電檢測電路以及交通照明和視頻測光表。光電二極管是太陽能電池板的元件，也是字符識別電路的元件。
光敏二極管二、光敏導(dǎo)和光伏模式
光敏二極管可以在光電導(dǎo)模式(反向偏壓)或光伏模式(零偏壓)下工作。模式的選擇取決于應(yīng)用所需的速度和可以容忍的暗電流(漏電流)量。光電導(dǎo)模式: 在光電導(dǎo)模式下，施加反向偏壓，這是我們 DET 系列探測器的基礎(chǔ)。電路可以測量的電流量反映了照射光電二極管的光量。也就是說，測得的輸出電流與入射光功率成線性比例。施加反向偏壓會加寬耗盡層并加寬反應(yīng)區(qū)，從而導(dǎo)致更小的結(jié)電容和更好的線性響應(yīng)。在這些工作條件下，暗電流往往會增加，但可以通過選擇光敏二極管的類型來降低暗電流。(注意：Thorlabs 的 DET 探測器是反向偏置的，不能在正向偏置下工作。)
光敏二極管三、光伏模式
在光伏模式下，光電二極管在零偏壓下使用。當(dāng)來自設(shè)備的電流受到限制時，電位會升高。這種模式引起光伏效應(yīng)，這是太陽能電池的基礎(chǔ)。在光伏模式下，暗電流較小。暗電流：暗電流是在光電二極管上施加偏置電壓時流過的漏電流。光電導(dǎo)模式下使用時暗電流值往往偏高，同時也受溫度影響。溫度每升高 10°C，暗電流大約增加一倍，每升高 6°C，分流電阻增加一倍。添加更高的偏壓會降低結(jié)電容，但會增加暗電流量。暗電流的大小還取決于光電二極管材料和檢測器的尺寸。鍺器件具有較高的暗電流，而相比之下，硅器件通常具有較低的暗電流。下表比較了一些光電二極管中使用的材料的速度、靈敏度和成本以及暗電流量。
光敏二極管四、結(jié)電容
結(jié)電容 (C j ) 是重要的光電二極管特性，因為它對光電二極管的帶寬和響應(yīng)特性有很大影響。二極管的面積越大，結(jié)電容越大，電荷容量也越大。在反向偏置應(yīng)用中，結(jié)處的耗盡層增加，導(dǎo)致結(jié)電容更低，響應(yīng)速度更快。帶寬和響應(yīng)度：帶寬受負(fù)載電阻和光電探測器結(jié)電容的限制。為獲得最佳頻率響應(yīng)，請使用 50 Ω 端接器和 50 Ω 同軸電纜。結(jié)電容 (C j ) 和負(fù)載電阻值 (R LOAD ) 給出了帶寬 (f BW ) 和上升時間響應(yīng) (t r )的估計值。
光敏二極管五、噪聲等效功率
噪聲等效功率 (NEP) 是當(dāng)信噪比 (S/N) 為 1 時產(chǎn)生的 RMS 信號電壓值。這個數(shù)字很有用，因為 NEP 讓我們了解探測器檢測低水平光的能力。一般來說，NEP隨著探測器探測面積的增加而增加，可以用下面的公式計算。式中，S/N為信噪比，Δf為噪聲帶寬，入射能量單位為W /cm 2 。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱我們的白皮書“NEP – 噪聲等效功率” 。要使用終端電阻示波器進(jìn)行測量，必須將產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)換為電壓 (V OUT )，這是使用負(fù)載電阻完成的。
光敏二極管六、減少諧振
根據(jù)光電二極管的類型，負(fù)載電阻可能會影響響應(yīng)速度。為獲得最大帶寬，我們建議使用 50 歐姆同軸電纜并在電纜的另一端使用 50 歐姆終端電阻。這樣，您就可以匹配電纜的特性阻抗并最大限度地減少諧振。對于帶寬不重要的特性，增加 R LOAD可以為給定的光照水平提供更多電壓。當(dāng)終端不匹配時，同軸電纜的長度對響應(yīng)特性有很大影響。因此，建議使電纜盡可能短。
光敏二極管七、分流電阻
分流電阻描述了零偏置光電二極管結(jié)的電阻。理想的光電二極管會具有無限大的分流電阻，但實際值可以從 10Ω 到數(shù)千 MΩ 不等，具體取決于光電二極管材料的類型。例如，InGaAs 探測器的分流電阻約為 10 MΩ，而 Ge 探測器的分流電阻約為 kΩ。這會對光電二極管的噪聲電流產(chǎn)生很大影響。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，合理的高電阻值影響很小，可以忽略不計。串聯(lián)電阻：串聯(lián)電阻是半導(dǎo)體材料的電阻，這種低電阻通常可以忽略不計。串聯(lián)電阻出現(xiàn)在光電二極管觸點(diǎn)和導(dǎo)線連接處，是零偏置條件下光電二極管線性度的主要決定因素。
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