高速光電二極管前置放大器的使用初探

韋小芬

（百色職業學院，廣西百色，533000）

0 引言

隨著社會的發展，科學技術水平的提高，高速光電二極管在生活中的應用也愈發頻繁，CD播放器、控制電視機、空調的遙控設備中都有高速光電二極管的一席之地。醫療中的x射線也應用到了光電二極管。前置放大器在高速光電二極管中十分重要，高速光電二極管將產生的光信號轉為電流信號進而再轉換為電壓信號，在這一過程中前置放大器所扮演的角色可謂是十分的重要。另外，前置放大器的使用在一定程度了減輕了處理弱光信號時高速光電二極管的輸出信號發出噪音的情況。普通的二極管是由PN結組成的半導體器件，和普通的二極管一樣，光電二極管也是由PN結組成的半導體器件，也有導電性。光電流、暗電流、靈敏度、響應時間等都都是高速光電二極管的主要參數。

1 高速光電二極管的基本工作原理

在給定光強度和光源的前提下，我們可以用短路電流來描述光電二極管的靈敏度。通常我們規定100fc為光電二極管光源的照度，2850K為光電二極管光源的色溫。若發光二極管的面積小于1mm^2，則其短路電流最大不能超過一千PA，其大致范圍應該在幾到幾百之間。暗電流是指在沒有光照時，電路中的反向電流小于0.1uA。光電二極管的操作復雜，其對環境的要求也很高，比如在光電方式下其工作環境必須沒有噪音、沒有暗電流、沒有偏置等，而光敏工作方式與之恰恰相反，它必須在有噪音、有暗電流的情況下才能夠高速工作。光電二極管的反饋電阻與電流決定了電路的靈敏度大小，只有嚴格遵循高速光電二極管前置放大器的關鍵技術指標才能夠保證整個電路系統展現出最佳的設計效果。光電二極管中最常使用的當屬HP5082-4204，其靈敏度為350uA，在1mw 900nw的測試條件下進行；面積為0.2mm^2，最大線性輸出電流為100uA，電容為4PF，主要在10v反向偏置的測試條件下進行，上升時間為10ns,并聯電阻為10^11歐姆。制作，高速光電二極管的材料直接影響了二極管的性能，硅、鍺、砷化銦鎵、硫化鉛等都是制作光電二極管的常用材料。只有在反向電壓的作用下，光電二極管才能工作，但普通的二極管在反向電壓下是不能工作的。沒有太陽時，反向電流太過微弱，稱為暗電流，有太陽光時，反向電流稱為光電流。在光電二極管中，光是非常重要的，因為光可以帶動電流的變化。光的強度越大，高速光電二極管中的反向電流的也就越大。在有太陽光時，光子會進入PN結，并將自身帶有的能量傳至束縛電子中，在這一過程中，有些電子會借助能量來掙脫共價鍵，從而生成空穴對。

2 頻率響應和穩定性分析

高速光電二極管和普通的二極管一樣都是由PN結組成的，而且還具有導電性。但高速光電二極管放大器在結構上和普通光電二極管還有很大區別的，高速光電二極管的PN結面積相對普通的二極管而言要大一些，而且為了更好地接受入射光照，高速光電二極管的電極面積應盡量小一些。而且光電二極管的外殼上有一個專門接受光線的透明窗口，我們稱之為VD。VD的主要目的是幫助高速光電二極管實現光電轉換。作為一個二階系統，高速光電二極管的VFB運放組成是由IV轉換器轉換的。因為電路系統中的反饋電阻遠小于并聯電阻，因此在計算中可以被忽略。當放大器的電容遠小于輸入總電容時對放大器形成的極點頻率影響很小。

3 運算放大器的選擇

一個寬帶FET輸入的放大器就是光電二極管的前置放大器，它擁有很小的輸入偏執電流，其自身所特有的特性也決定了它能夠檢測出光電流。在選擇高速光電二極管前置放大器的運放時，為了增加帶寬，應該盡量減小輸入電容，增加增益帶寬積。在選擇一個高速光電二極管前置放大器是否適合運放時，可以比較不同的FET運放范圍，比較其優值大小。生產中常用的FET主要有以下幾種：AD645、AD823、AD734、AD744、AD745*、AD834、AD820等。其中AD823的輸入偏置電流為3pA,AD843的偏置電流為600PA,AD744的偏置電流為100PA,AD845的偏置電流為500PA，AD745*的偏置電流為250PA,AD645的偏置電流為1.5PA，AD820的偏置電流為2PA,AD734的偏置電流250PA。AD823的單位帶寬增益頻率為16MHZ，AD843的單位帶寬增益頻率為34HMZ，AD744的單位帶寬增益頻率為13MHZ，AD845的單位帶寬增益頻率為16MHZ，AD745*的單位帶寬增益頻率為20HMZ,AD645的單位帶寬增益頻率為1MHZ，AD820的單位帶寬增益頻率為1.9HMZ，AD734的單位帶寬增益頻率為4.5HMZ。通過比較我們不難發現這幾種常用的FET的運放性能比較，以及其中每種FET的特性。

4 結語

隨著社會的發展，科學技術水平的提高，高速光電二極管在生活中的應用也愈發頻繁，CD播放器、控制電視機、空調的遙控設備中都有高速光電二極管的一席之地。醫療中的x射線也應用到了光電二極管。與普通的二極管一樣，高速光電二極管也是由PN結組成的， 高速光電二極管也具有單向導電性。在光電二極管中，光是非常重要的，因為光可以帶動電流的變化。光的強度越大，高速光電二極管中的反向電流的也就越大。

參考文獻

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