浅说光电二极管;-) 二极管, 光电

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在我们的技术支持论坛上有许多关于光电二极管及相关电路的问题，提出这类问题的人数众多，让我感到吃惊。下面是一个10分钟快速入门教程——一名模拟设计人员应该了解的内容。
一个简单的光电二极管模型说明了各个关键组件—一个同电流源并联的二极管，该电流源与 辐照度（光强度）成比例关系。寄生组件CD和RD会对性能产生影响。
光电二极管模式—光电流在图2所示环路中流动，从而正向偏置二极管。根据二极管对数正向V-I特性，卸载输出电压与光电流差不多成对数关系（极低电流下由RD改动）。因此，输出电压随辐照度而呈现高非线性变化。这种特点有益于一些应用，因为在整个宽范围内光线“亮度”的明显变化（眼睛就是完美的对数）产生类似的电压变化。由于二极管V-I特性的温度依赖性，电压与辐照度的绝对关系关不理想。

二极管电容限制了光伏模式的频率响应。辐照度的迅速变化必会对CD充电和放电。这不是快速响应所使用的模式。
利用一个简单的非逆运算放大器电路，我们可以缓冲或者放大输出。使用低输入偏置电流的CMOS或者JFET运算放大器，这样您就可以不在低辐照度水平下给光电二极管施加负载。
为了在光伏模式下发电，我们需要加载输出，然后大幅降压。最高功率输出的负载情况取决于辐照度。
光电导模式—二极管电压保持恒定不变（常常为0V，如图3所示）。跨阻抗放大器（TIA）常用于将光电流转换为电压。可以在光电二极管上使用反向偏置来降低其电容，但这会构成“暗电流”漏电流。由于在二极管上没有形成正向电压，因此响应随辐照度的变化非常线性。另外，二极管电容的电压不随辐照度的变化而变化，因此频率响应得到极大改善。低电容仍然很重要，因为它在反馈通路中形成一个极。它一般会要求使用一个反馈电容器CF，以获得稳定性。

只需通过一个低值（约50欧姆）电阻器增加光电二极管负载，您可以得到光电导模式的诸多好处。如果二极管电压不超出20mV，则您无需极大地对二极管正向偏置，并且响应也相当地线性和迅速。但是，敏感度非常低。
雪崩光电二极管为一些特殊二极管，其作用是工作在高反向偏置电压下（接近二极管击穿电压）。这样可放大低辐照度下的输出电流。
选择一个光电二极管有许多复杂的权衡过程，包括光电二极管大小尺寸、电容、噪声、暗电流泄露和封装类型。总之，最好使用一个小型光电二极管，并通过反射镜或者透镜集中有限光源。TI不单独生产光电二极管，但是就许多基础应用而言OPT101提供一整套解决方案，把光电二极管和TIA集成到同一块IC上。
抱歉，太过罗嗦了。工程师们始终致力于光电二极管电路的设计，要实现高性能应用还需要做更深入的研究。我已经把我所知道的大部分都告诉您了，但我并非是这方面的专家。实际上，在我讨论的所有话题中，可能大多数都是您已经知道的。这也就是我写博文而不是出书的原因。