光電二極管的基本等效電路
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-07-12 16:50:26 | 1131 次閱讀
并非所有光電二極管模型都完全相同,但四個元件的外觀一致:電流源、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電阻器和串聯(lián)電阻器,以及由二極管符號表示的正常 pn 結(jié)。

理想電流源(IPD )代表光電流,即二極管響應(yīng)入射光而產(chǎn)生的電流。請注意,光電流的方向?qū)?yīng)于從二極管的陰極流向二極管的陽極的電流,這是一個很好的提醒,光電二極管在零偏壓或反向偏壓下使用,并且它們產(chǎn)生的電流的流動方向與電流的方向相反。我們期望從普通的正向偏置二極管獲得。
正如上一篇文章中提到的,我們使用響應(yīng)度來量化入射光功率和光電流之間的關(guān)系。典型硅光電二極管的響應(yīng)度范圍為 400 nm EMR 的約 0.08 安培每瓦 (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)電容是一個重要參數(shù),因為它強烈影響光電二極管的頻率響應(yīng)。較低的結(jié)電容可實現(xiàn)卓越的高頻操作。 您可能會注意到光電二極管模型,其中 C J是可變電容器。盡管這種表示方式似乎不太常見,但這并不是一個壞主意,因為它提醒我們結(jié)電容取決于偏置電壓。我們可以通過增加反向偏置電壓來故意設(shè)計更高帶寬的光電二極管系統(tǒng)。

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 )。與一般電流源一樣,當 R SH無窮大時即可實現(xiàn)理想操作。由于具有無窮大(或者在現(xiàn)實生活中,極高)的分流電阻,電流源將其所有電流傳送到負載,并且電流電壓比完全由負載電阻決定。當分流電阻接近負載電阻值時,它開始對電流電壓比產(chǎn)生更明顯的影響。
對于許多光電二極管來說,分流電阻非常高,不會嚴重影響典型應(yīng)用中的整體性能。對于硅光電二極管來說,R SH為數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千兆歐,砷化銦鎵還可以具有極高的分流電阻。然而,對于鍺,您需要更加小心,因為 R SH通常在千歐范圍內(nèi),甚至可能在低千歐范圍內(nèi)。
分流電阻也會影響噪聲性能。隨著 R SH減小,光電二極管的約翰遜噪聲增加。
串聯(lián)電阻
光電二極管具有會產(chǎn)生串聯(lián)電阻 (R S )的觸點、焊線和半導體材料。該電阻往往相當?shù)?,如幾歐姆或幾十歐姆,盡管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)計中的主要問題。然而,過多的串聯(lián)電阻會降低線性度:流過 R S 的光電流會產(chǎn)生電壓降,該電壓降開始對在零偏置配置下運行的光電二極管施加正向偏置(參見下圖)。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兩端的電壓會減少到達負載的光電流,因為它會導致一些光電流通過二極管本身轉(zhuǎn)移到地,并且這種電流轉(zhuǎn)移以非線性方式發(fā)生。

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