高速光電二極管前置放大器的使用初探

韋小芬

（百色職業(yè)學(xué)院，廣西百色，533000）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高，高速光電二極管在生活中的應(yīng)用也愈發(fā)頻繁，CD播放器、控制電視機(jī)、空調(diào)的遙控設(shè)備中都有高速光電二極管的一席之地。醫(yī)療中的x射線也應(yīng)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(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電流信號(hào)進(jìn)而再轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，在這一過(guò)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(hào)時(shí)高速光電二極管的輸出信號(hào)發(fā)出噪音的情況。普通的二極管是由PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，和普通的二極管一樣，光電二極管也是由PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也有導(dǎo)電性。光電流、暗電流、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等都都是高速光電二極管的主要參數(shù)。

1 高速光電二極管的基本工作原理

在給定光強(qiáng)度和光源的前提下，我們可以用短路電流來(lái)描述光電二極管的靈敏度。通常我們規(guī)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(fā)光二極管的面積小于1mm^2，則其短路電流最大不能超過(guò)一千PA，其大致范圍應(yīng)該在幾到幾百之間。暗電流是指在沒(méi)有光照時(shí)，電路中的反向電流小于0.1uA。光電二極管的操作復(fù)雜，其對(duì)環(huán)境的要求也很高，比如在光電方式下其工作環(huán)境必須沒(méi)有噪音、沒(méi)有暗電流、沒(méi)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(yán)格遵循高速光電二極管前置放大器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)才能夠保證整個(gè)電路系統(tǒng)展現(xiàn)出最佳的設(shè)計(jì)效果。光電二極管中最常使用的當(dāng)屬HP5082-4204，其靈敏度為350uA，在1mw 900nw的測(cè)試條件下進(jìn)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(cè)試條件下進(jìn)行，上升時(shí)間為10ns,并聯(lián)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(méi)有太陽(yáng)時(shí)，反向電流太過(guò)微弱，稱為暗電流，有太陽(yáng)光時(shí)，反向電流稱為光電流。在光電二極管中，光是非常重要的，因?yàn)楣饪梢詭?dòng)電流的變化。光的強(qiáng)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(yáng)光時(shí)，光子會(huì)進(jìn)入PN結(jié)，并將自身帶有的能量傳至束縛電子中，在這一過(guò)程中，有些電子會(huì)借助能量來(lái)掙脫共價(jià)鍵，從而生成空穴對(duì)。

2 頻率響應(yīng)和穩(wěn)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(jié)組成的，而且還具有導(dǎo)電性。但高速光電二極管放大器在結(jié)構(gòu)上和普通光電二極管還有很大區(qū)別的，高速光電二極管的PN結(jié)面積相對(duì)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(yīng)盡量小一些。而且光電二極管的外殼上有一個(gè)專門(mén)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(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。作為一個(gè)二階系統(tǒng)，高速光電二極管的VFB運(yùn)放組成是由IV轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的。因?yàn)殡娐废到y(tǒng)中的反饋電阻遠(yuǎn)小于并聯(lián)電阻，因此在計(jì)算中可以被忽略。當(dāng)放大器的電容遠(yuǎn)小于輸入總電容時(shí)對(duì)放大器形成的極點(diǎn)頻率影響很小。

3 運(yùn)算放大器的選擇

一個(gè)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(zhí)電流，其自身所特有的特性也決定了它能夠檢測(cè)出光電流。在選擇高速光電二極管前置放大器的運(yùn)放時(shí)，為了增加帶寬，應(yīng)該盡量減小輸入電容，增加增益帶寬積。在選擇一個(gè)高速光電二極管前置放大器是否適合運(yùn)放時(shí)，可以比較不同的FET運(yùn)放范圍，比較其優(yōu)值大小。生產(chǎn)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(guò)比較我們不難發(fā)現(xiàn)這幾種常用的FET的運(yùn)放性能比較，以及其中每種FET的特性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高，高速光電二極管在生活中的應(yīng)用也愈發(fā)頻繁，CD播放器、控制電視機(jī)、空調(diào)的遙控設(shè)備中都有高速光電二極管的一席之地。醫(yī)療中的x射線也應(yīng)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(jié)組成的， 高速光電二極管也具有單向?qū)щ娦浴Ｔ诠怆姸O管中，光是非常重要的，因?yàn)楣饪梢詭?dòng)電流的變化。光的強(qiáng)度越大，高速光電二極管中的反向電流的也就越大。

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