【模拟电路】光电二极管

光电二极管是一种将光信号转换为电信号的半导体器件，其工作原理基于PN结的光电效应。

光电二极管

光电二极管的核心是PN结，PN结是由P型半导体和N型半导体结合而成的。当光照射到PN结上时，光子的能量被吸收，使价带中的电子激发到导带，形成电子-空穴对。这些电子和空穴在内建电场的作用下，分别向N区和P区移动，形成光生电流。

当光照射到PN结上时，产生的电子-空穴对在内建电场的作用下分离，电子向N区移动，空穴向P区移动。这样，N区的电子浓度增加，P区的空穴浓度增加，形成光电流。

光电流的大小与光强成正比。当光强增加时，单位时间内产生的电子-空穴对数量增加，光电流也随之增加。反之，当光强减小时，光电流也会相应减小。

有四个主要参数用于选择正确的光电二极管以及是否对光电二极管进行反向偏置。

1、暗电流

在光电导模式下，当没有光时，通过光电二极管的电流为暗电流。光电二极管中的暗电流包括半导体结的辐射电流和饱和电流。必须提前测量。特别是在精密光功率测量中，必须仔细考虑和纠正暗电流引起的误差。

2、光电二极管响应时间

响应速率是光导模式下的光电流与应急灯的比值，单位为 A/W。响应特性也可以表示为光电二极管的量子效率，即光产生的载流子数与应急光光子数之比。

3、噪声等效功率（NEP）

噪声等效功率是指产生光电流所需的最小光功率，它等于 1 Hz 时噪声功率的 RMS。它大约等于光电二极管的最小可检测输入功率。一个相关的属性是检测率 (D)，它是噪声等效功率的倒数。

4、频率响应特性

主要由三个因素决定：

(1)耗尽层附近光生载流子的扩散时间；

(2) 耗尽层中光生载流子的漂移时间；

(3)由负载电阻和并联电容决定的电路时间常数。

光电二极管的特性

1、光谱响应特性：光电二极管对不同波长的光具有不同的响应度。

2、响应速度：光电二极管的响应速度较快，一般在纳秒级别。

3、灵敏度：光电二极管的灵敏度较高，可以检测到微弱的光信号。

4、稳定性：光电二极管的稳定性较好，可以在不同的环境条件下稳定工作。

光电二极管的类型：PIN光电二极管、肖特基光电二极管、雪崩光电二极管、异质结光电二极管。