光電二極管是很多光學(xué)測(cè)量中最常用的傳感器類型之一。諸如吸收和發(fā)射光譜、色彩測(cè)量、渾濁度、氣體探測(cè)等應(yīng)用均有賴于光電二極管實(shí)現(xiàn)精密光學(xué)測(cè)量。

 

光電二極管產(chǎn)生與照射到活動(dòng)區(qū)的光量成比例的電流。大多數(shù)測(cè)量應(yīng)用都需要用到跨阻放大器，以便將光電二極管電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓。圖1顯示電路的原理示意圖。

圖1. 簡(jiǎn)單跨阻放大器電路

 

該電路的光電二極管在光伏模式下工作，其中運(yùn)算放大器保持光電二極管上的電壓為0 V。這是精密應(yīng)用中最常見的配置。光電二極管的電壓與電流關(guān)系曲線十分類似于常規(guī)二極管，但前者的整條曲線會(huì)隨著光照水平的變化而向上或向下平移。圖2a 顯示典型的光電二極管傳遞函數(shù)。圖2b是傳遞函數(shù)放大后的圖形，表明哪怕在沒有光的情況下，光電二極管也會(huì)輸出少量電流。這種暗電流會(huì)隨著光電二極管上的 反向電壓增加而上升。大部分制造商在反向電壓為10 mV的前提下給出光電二極管的暗電流。

圖2. 典型光電二極管傳遞函數(shù)

 

光照射到光電二極管的活動(dòng)區(qū)后，電流從陰極流向陽(yáng)極。理想情況下，所有的光電二極管電流都流經(jīng)圖1中的反饋電阻，產(chǎn)生數(shù)值等于光電二極管電流乘以反饋電阻的反饋電壓。該電路在原理上很簡(jiǎn)單，但若要系統(tǒng)具備最佳性能則必須解決一些難題。