PIN光電二極管等效電路圖

　　PIN光電二極管是在PN結(jié)的P型層和N型層之間夾了一層本征半導體（semiconductor），形成P-I-N結(jié)構(gòu)而得名，如下圖所示：

　　如上圖所示，處于反偏狀態(tài)的器件，電源在PN結(jié)形成的電場E與內(nèi)建電場Ei同方向，使耗盡區(qū)加寬。當光波注入時，能在較寬的范 圍內(nèi)激發(fā)出載流子，由于i區(qū)有電場，光生載流子以較快的漂移速度向電極移動，形成外部電流。

　　PIN光電二極管前置放大器電路

　　圖1所示電路是一個高速光電二極管信號調(diào)理電路，具有暗電流補償功能。系統(tǒng)轉(zhuǎn)換來自高速硅PIN光電二極管的電流，并驅(qū)動20 MSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入。該器件組合可提供400 nm至1050 nm的頻譜敏感度和49 nA的光電流敏感度、91 dB的動態(tài)范圍以及2 MHz的帶寬。信號調(diào)理電路采用±5 V電源供電，功耗僅為40 mA，適合便攜式高速、高分辨率光強度應(yīng)用，如脈搏血氧儀。

　　本電路還適合其它應(yīng)用，如模擬光隔離器。它還能滿足需要更高帶寬和更低分辨率的應(yīng)用，如自適應(yīng)速度控制系統(tǒng)。

　　本電路筆記討論圖1中所示電路的優(yōu)化設(shè)計步驟，以滿足特定帶寬應(yīng)用的要求，這些步驟包括：穩(wěn)定性計算、噪聲分析和器件選擇考慮因素。

　　光電二極管屬于高阻抗傳感器，用于檢測光的強度。它沒有內(nèi)部增益，但相比其它光檢測器，可在更高的光級度下工作。

　　光電二極管工作時采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光導）模式。光伏模式可獲得最精確的線性運算，而讓二極管工作在光導模式可實現(xiàn)更高的開關(guān)速度，但代價是降低線性度。在反向偏置條件下，存在少量的電流（稱為暗電流），它們甚至在沒有光照度的情況下也會流動。可在運算放大器的同相輸入端使用第二個同類光電二極管消除暗電流誤差，如圖1所示。

　　有三個因素影響光電二極管的響應(yīng)時間：

　　處于光電二極管耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　處于光電二極管未耗盡區(qū)域內(nèi)載波的充電采集時間

　　二極管電路組合的RC時間常數(shù)

　　由于結(jié)電容取決于光電二極管的擴散區(qū)以及施加的反向偏置，采用擴散區(qū)較小的光電二極管并施加較大的反向偏置即可獲得更快的上升時間。在 CN-0272電路筆記中，采用 SFH 2701 PIN光電二極管，其結(jié)電容典型值為3 pF，0 V偏置下的最大值為5 pF.1 V反向偏置時的典型電容為2 pF，5 V 反向偏置時為1.7 pF.本電路的測量均在5 V反向偏置下進行。