了解光电二极管操作的光伏和光电导模式

在实施光电二极管时，什么时候应该使用光伏和光导模式?在本文中，我们将讨论这些模式的细节以及与之相关的设计选择。

这是我们的光电二极管系列介绍的第三部分，探索这些器件的技术细节，以各种形式响应高频电磁辐射:

1. 光的本质和pn结
2. 光敏pn结的物理操作
3. 了解光电二极管操作的光伏和光电导模式
4. 不同光电二极管技术的特点
5. 了解光电二极管等效电路

光电流

光电二极管的基本输出是从阴极到阳极流过设备的电流，并且与照度大致线性成比例。（但不过重视光电流的幅度也受到在下一篇文章中的内部发生光的波长的影响。）通过串联电阻或电流进行进一步的信号处理，将光电流转换成电压。-To-rologe放大器。

光电二极管的光到电流关系的细节将根据二极管的偏置条件而变化。这是光伏模式和光电导模式之间区别的精髓：在光伏实现中，光电二极管的电路保持相同电位的阳极和阴极;换句话说，二极管是零偏置的。在光电导的实现中，围绕光电二极管的电路施加反向偏置，这意味着阴极比阳极更高的电位。

暗电流

影响光电二极管系统的一种主要的非理想状态称为暗电流，因为它是在没有照明的情况下流过光电二极管的电流。流过二极管的总电流是暗电流和光电流的总和。暗电流将限制系统精确测量低光强度的能力，如果这些强度产生的光电流的大小与暗电流的大小相似。

暗电流的有害影响可以通过从二极管电流中减去预期暗电流的技术来减轻。然而，暗电流伴随着暗噪声，即一种散粒噪声，观察到暗电流大小的随机变化。系统不能测量光电流小到在黑暗的噪音中消失的光强度。

光电二极管电路中的光伏模式

下图是光伏实现的一个示例。

这种运放电路称为跨阻放大器(TIA)。它是专门设计来将电流信号转换为电压信号，电流电压比由反馈电阻RF的值决定。运放的非反相输入端是接地的，如果我们应用虚短假设，我们知道反相输入端将始终在约0v。因此，光电二极管的阴极和阳极都保持在0v。

对于这种基于运放的实现，我不认为“光伏”是一个完全准确的名称。我不认为光电二极管的功能像太阳能电池，通过光伏效应产生电压。但“光伏”是公认的术语，不管我喜欢与否。我认为“零偏置模式”更好，因为我们可以在光伏或光导模式下使用与光电二极管相同的TIA，因此没有反向偏置电压是最明显的区别因素。

何时使用光伏模式

光伏模式的优点是可以减少暗电流。在一个普通的二极管中，施加反向偏压会增加反向电流，因为反向偏压会减少扩散电流，但不会减少漂移电流，而且也会导致泄漏。

相同的事情发生在光电二极管中，但反向电流称为暗电流。更高的反向偏置电压导致更暗的电流，因此通过使用OP-AMP将光电二极管保持在近似零偏压，我们几乎消除了暗电流。因此，光伏模式适用于需要最大化低照度性能的应用。

光电二极管电路中的光电导模式

要将上述检测器电路切换到光电导模式，我们将光电二极管的阳极连接到负电压供应而不是接地。阴极仍处于0 V，但阳极低于0V的一些电压;因此，光电二极管是反向偏置的。

何时使用光电导模式

对pn结施加反向偏置电压会使耗尽区变宽。这对于光电二极管的应用有两个有益的影响。首先，更宽的耗尽区使光电二极管更敏感，正如前面的文章所解释的。因此，当你想产生相对于照度更多的输出信号时，光导模式是一个很好的选择。

其次，更宽的耗尽区降低了光电二极管的结电容。在上面所示的电路中，反馈电阻和结电容(以及其他电容来源)的存在限制了系统的闭环带宽。与基本RC低通滤波器一样，减小电容增加截止频率。因此，光导模式允许更宽的带宽，当需要最大限度地提高探测器对亮度快速变化的响应能力时更可取。

最后，反向偏置也延伸了光电二极管的线性操作范围。如果您担心使用高照度维护准确的测量，则可以使用光电导模式，然后根据系统要求选择反向偏置电压。但请记住，更多的反向偏见也会增加暗电流。

滨松是一家领先的光电探测器制造商。这片土地，取自他们的硅光电二极管手册，可以让你了解通过增加反向偏置电压可以在多大程度上延长光电二极管的线性响应区域。

搭档

光电二极管的检测器系统的性能受光电二极管的偏置条件的影响。光电导模式采用反向偏置并提供更高的灵敏度，更宽的带宽和改进的线性度。光伏模式采用零偏置并最大限度地减少暗电流。

光电二极管简介系列的下一篇文章将介绍几种不同的光电二极管光电二极管半导体技术。