本文介紹了一個(gè)電路模型，可幫助我們分析光電二極管的電氣行為。

等效電路可幫助我們了解和預(yù)測(cè)電子元件的實(shí)際功能。對(duì)于光電二極管，等效電路模型是必不可少的分析工具，因?yàn)楹?jiǎn)單地將光電二極管符號(hào)插入原理圖并不能告訴您將產(chǎn)生的信號(hào)以及光電二極管與放大器電路相互作用的方式。

光電二極管的基本等效電路

并非所有光電二極管模型都完全相同，但有四個(gè)元素始終如一：電流源、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電阻器和串聯(lián)電阻器，以及由二極管符號(hào)表示的正常 pn 結(jié)。

光電流

理想的電流源（I PD）代表光電流，即二極管響應(yīng)入射光而產(chǎn)生的電流。請(qǐng)注意，光電流的方向?qū)?yīng)于從二極管的陰極流向二極管的陽(yáng)極的電流——這是一個(gè)很好的提醒，即光電二極管用于零偏壓或反向偏壓，它們產(chǎn)生的電流的流動(dòng)方向與我們期望正常的正向偏置二極管。

如上一篇文章所述，我們使用響應(yīng)度來(lái)量化入射光功率與光電流之間的關(guān)系。典型硅光電二極管的響應(yīng)度范圍從 400 nm EMR 的每瓦特 （A/W） 約 0.08 安培 （A/W） 到 700 nm EMR 的 0.48 A/W。

結(jié)電容

并聯(lián)電容器 （C J ） 代表二極管的結(jié)電容，即與 pn 結(jié)的耗盡區(qū)相關(guān)的電容。結(jié)電容是一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)樗鼜?qiáng)烈影響光電二極管的頻率響應(yīng)。較低的結(jié)電容允許出色的高頻操作。

您可能會(huì)注意到其中 C J是可變電容器的光電二極管模型。雖然這種表示似乎不太常見，但這并不是一個(gè)壞主意，因?yàn)樗嵝盐覀兘Y(jié)電容取決于偏置電壓。我們可以通過(guò)增加反向偏置電壓來(lái)有意設(shè)計(jì)一個(gè)更高帶寬的光電二極管系統(tǒng)。

該圖取自O(shè)SI Optoelectronics出版的光電二極管特性和應(yīng)用，顯示了通過(guò)在光電導(dǎo)模式下操作光電二極管可以大幅降低結(jié)電容。

并聯(lián)電阻

與光電二極管并聯(lián)的電阻稱為分流電阻 （R SH ）。與一般的電流源一樣，當(dāng) R SH為無(wú)窮大時(shí)，可實(shí)現(xiàn)理想操作。由于分流電阻無(wú)窮大（或在現(xiàn)實(shí)生活中非常高），電流源將其所有電流輸送到負(fù)載，電流電壓比完全由負(fù)載電阻決定。隨著分流電阻接近負(fù)載電阻的值，它開始對(duì)電流電壓比產(chǎn)生更明顯的影響。

對(duì)于許多光電二極管，分流電阻非常高，不會(huì)嚴(yán)重影響典型應(yīng)用中的整體性能。對(duì)于硅光電二極管，R SH為數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千兆歐，砷化銦鎵也可以具有極高的分流電阻。但是，對(duì)于鍺，您需要更加小心，因?yàn)?R SH通常在千歐范圍內(nèi)，甚至可能在低千歐范圍內(nèi)。

分流電阻也會(huì)影響噪聲性能。隨著 R SH降低，光電二極管的約翰遜噪聲增加。

串聯(lián)電阻

光電二極管具有觸點(diǎn)、引線鍵合和產(chǎn)生串聯(lián)電阻 （R S ） 的半導(dǎo)體材料。該電阻往往非常低，如幾歐姆或幾十歐姆，但更高的值也是可能的。

據(jù)我所知，串聯(lián)電阻通常不是光電二極管系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題。然而，過(guò)多的串聯(lián)電阻會(huì)降低線性度：通過(guò) R S 的光電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓降，該電壓降開始正向偏置在零偏置配置下工作的光電二極管（見下圖）。正向偏置二極管具有指數(shù)電流-電壓關(guān)系。因此，增加 R S兩端的電壓會(huì)降低到達(dá)負(fù)載的光電流，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致一些光電流通過(guò)二極管本身轉(zhuǎn)移到地，并且這種電流轉(zhuǎn)移以非線性方式發(fā)生。

回顧

當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)或分析基于光電二極管的檢測(cè)電路時(shí)，我們使用等效電路來(lái)幫助我們了解光電二極管功能中涉及的各種電氣參數(shù)。光電二極管等效電路的基本元件是光電流的電流源、代表 pn 結(jié)的二極管符號(hào)、與電流源并聯(lián)的電容器、與電流源并聯(lián)的電阻器以及與輸出串聯(lián)的電阻器當(dāng)前的。
責(zé)任編輯人：CC