日期：2022-08-05
光電二極管是常用的光電探測器，它在很大程度上取代了以前使用的真空光電管。它們是包含 p-n 結的半導體器件，通常在 n 層和 p 層之間有一個本征(未摻雜)層。具有本征層的器件稱為p-i-n或PIN 光電二極管。在耗盡區或本征區吸收的光會產生電子-空穴對，其中大部分會產生光電流。在很寬的光功率范圍內，光電流可以非常精確地與吸收(或入射)的光強度成比例。
光敏二極管一、工作模式
二極管可以在兩種截然不同的模式下運行：光伏模式：像太陽能電池一樣，發光的光電二極管會產生可測量的電壓。然而，該電壓對光功率的依賴性是非線性的(見圖 2)，并且動態范圍相當小。此外，沒有達到最大速度。
光敏二極管二、光電導模式
在這里，反向電壓被施加到二極管(即，在沒有入射光的情況下二極管不導通的方向上的電壓)并測量產生的光電流。該反向偏置模式的最簡單解決方案是基于電壓源和負載電阻，如圖 3 所示。光電流對光功率的依賴性在光功率的六個或更多數量級上可以是非常線性的，例如，對于具有幾 mm 2有源面積的硅 p-i-n 光電二極管，范圍從幾納瓦到幾十毫瓦. 反向電壓的大小對光電流幾乎沒有影響，而對(通常很小的)暗電流(在沒有光的情況下獲得)有一些影響。較高的反向電壓往往會使響應更快，但也會增加器件的發熱，這對于高光電流來說可能是一個問題。
光敏二極管三、運算放大器
人們經常使用電流放大器(也稱為跨阻放大器)。這種放大器通常由運算放大器 (op-amp) 實現，它使二極管處的電壓保持幾乎恒定(例如接近零，或處于某些可能可調的反向偏壓)，因此光電二極管的電容失去了大部分相關性. 光電二極管的殘余電壓變化與所用運算放大器的增益成反比。盡管如此，當需要高檢測帶寬時，最好盡量減少輸入電容。例如，最好將光電二極管直接連接到電流放大器，而不是使用長電纜連接。
光敏二極管四、噪聲特性
也可作為 OEM 設備使用的電流放大器也可以具有非常好的噪聲特性。相關數字是噪聲等效輸入電流，它可以遠低于 1 pA/Hz 1/2。市售的實驗室電流放大器通過提供許多不同的靈敏度設置來幫助使功率測量非常靈活，因此具有低噪聲性能的巨大動態范圍，還可能具有內置顯示器、可調節偏置電壓和信號偏移、可調節濾波器、等等
光敏二極管五、關鍵特性
光電二極管最重要的特性是：響應度，即每單位光功率的光電流——與量子效率有關，取決于有效區域，即感光區擊穿電壓，設置一個限制到可用的偏置電壓,最大允許光電流(通常受飽和限制，高偏置電壓可能更低),暗電流(在光電導模式下，取決于偏置電壓，對于檢測低光水平很重要)，即帶寬(見下文)，與上升和下降時間有關，通常受電容影響 。
光敏二極管六、額外電壓降
當施加偏置電壓時，通常相當高的分流電阻會產生小電流。它還會產生一些熱噪聲電流，這在某些情況下會限制靈敏度。通常較小的串聯電阻會導致與光電流成比例的額外電壓降，并且也會在一定程度上增加檢測噪聲。
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