光电二极管电荷灵敏前置放大器设计
光电二极管及其放大电路设计
光电二极管及其放大电路设计引言：光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
光电二极管通过光电效应实现光信号的转换，而放大电路则能够对光电二极管输出的微弱信号进行放大，提高信号的可靠性和稳定性。
本文将介绍光电二极管的基本原理和构造，并探讨光电二极管放大电路的设计。
一、光电二极管的基本原理光电二极管是一种基于光电效应工作的半导体器件，它的工作原理与普通二极管类似。
当光照射到光电二极管的PN结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，产生电流。
这种光电效应使得光电二极管能够将光信号转换为电信号。
二、光电二极管的构造光电二极管由PN结和外部电路组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，形成了一个具有电势垒的界面。
当光照射到PN 结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，形成电流。
外部电路则用于接收和处理光电二极管输出的电信号。
三、光电二极管的放大电路设计为了提高光电二极管输出信号的可靠性和稳定性，常常需要设计放大电路对其进行放大。
光电二极管放大电路主要包括前端放大电路和后端放大电路。
1. 前端放大电路前端放大电路主要用于对光电二极管输出的微弱电信号进行放大和滤波，以提高信号的强度和稳定性。
常用的前端放大电路有共基极放大电路、共射极放大电路和共集电极放大电路等。
这些放大电路能够将光电二极管输出的微弱信号放大到适合后续处理的幅度。
2. 后端放大电路后端放大电路主要用于进一步放大前端放大电路输出的信号，并进行滤波和调理，使得信号能够更好地适应后续电路的要求。
常用的后端放大电路有差动放大电路、共模放大电路和运放放大电路等。
这些放大电路能够进一步放大信号，并对其进行滤波、放大和调理，以满足特定的应用需求。
四、光电二极管及其放大电路的应用光电二极管及其放大电路广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
在光电转换领域，光电二极管可用于测量光强、光功率、光谱等参数。
一种微弱光信号前置放大电路设计
来源：华强电子网1 光电检测电路的基本构成光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。
这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。
其光电检测模块的组成框图如图1所示。
2 光电二极管的工作模式与等效模型2．1 光电二极管的工作模式光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。
图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。
事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。
而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。
因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。
一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。
本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。
2．2 光电二极管的等效电路模型工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示，它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。
图中，IL 为二极管的漏电流；ISC为二极管的电流；RPD为寄生电阻；CPD为光电二极管的寄生电容；ePD为噪声源；Rs为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降，故为零偏置。
在这种方式中，影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD，它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。
用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计
万方数据万方数据激光与红外Ｎｏ．１２０１１徐伟等用于ＡＰＤ激光探测的电荷灵敏前置放大器设计２９对转换后的电压信号进行放大。
与电流灵敏前置放大器不同的是，它无法保留输入电流信号的形状特征。
反馈电阻Ｒ，起释放电荷的作用，释放时间满足公式：ｆ＝Ｒ卢，。
尺，太小会增加噪声，太大无法按时释放电荷。
只要使得释放时间小于激光脉冲周期即可，一般取值几十到几百兆欧姆量级。
整个电荷前置放大器的增益可以表示为：Ａ＝ｇ。
尺ｄ・Ｇ（４）式中，ｇ。
是ＪＦＥＴ的跨导；Ｒｄ是漏极电阻；Ｇ是运放的开环增益。
图３电荷灵敏前置放大器放大器输出电压可以表示为：一¨ｉ。
＝罟（忐）（５）式中，ｃｉ包括ＡＰＤ结电容、放大器的输入电容和引线分布电容。
由于放大器的增益Ａ》１＋ｃ／ｃｓ，所以式（５）可以简化为：ｐ矽ｗｔ２玄（６）由式（６）可以看出，输出电压仅仅决定于ｃｚ与Ｑ的大小，只要ｃｆ值稳定，输出电压与输入的电荷信号成正比关系。
放大器输出电压不受ＡＰＤ结电容，运放输入电容、运放增益等参数的影响，稳定性更高。
激光脉冲持续时间极短，可以近似为冲激响应。
对于单个脉冲，ＡＰＤ在某一时间内产生的电荷量可以表示为：ｌＱ＝Ｉｉ，ｄ。
，０≤￡≤ｔ。
，０≤ｉ。
≤ｉｅ（７）ｂ式中，ｉ。
是激光脉冲在时刻ｔ时的电流值；ｔ。
是激光脉冲的持续时问；ｉ。
为激光脉冲的电流峰值。
由式（７）可以看出，电荷量的积累时间，即输出电压的上升时间与激光脉冲的持续时间相一致。
当ｔ＝ｔ。
时，Ｑ达到峰值，即输出电压ｐ。
达到峰值。
假设激光脉冲宽度ｔ。
为５０ｎｓ，反馈电容ｃｆ为１ｐＦ，对于大小为５ｎＡ的暗电流，被积分后对应的误差电压最大值仅为０．２５ｍＶ。
４实验测试实验中采用重复频率１０ｋＨｚ，脉宽３１．２５ｎｓ，波长９０５ｎｍ的激光束作为探测目标，硅传感器公司ＡＤ５００—９型号的ＡＰＤ作为探测元件。
整个实验在室温下进行，没有对ＡＰＤ进行低温处理。
图４是电荷前置放大器的输出脉冲波形。
输出信号电压峰值７０ｍＶ，衰减时间１４０Ｉｘｓ。
光电二极管前置放大器的频率特性
光电二极管前置放大器的频率特性
光电二极管前置放大器的频率特性
由于光电二极管的输出电流比较微弱，所以在必需大的输出电压eo 时，如果光输出电流ip 一定，则应将负载电阻rl 变成高电阻。
但光电二极管的耦合间电容cd 的值为数十pf 很大。
所以所获得的频率幅度fb 下降为：
现实中此电路不能使用。
图1 将光电二极管的光输出电流变换成电压
因此，作为光传感器用放大器，要扩大其频带，使用图2 的op 放大器的电流输人型前置放大器电路很常见。
如果是这样的电路构成，则通过虚地使电容cd 短路，应该能够宽带化．
图2 测壁由op 放大器组成的光传感器放大器的频率特性
但是，这是op 放大器的开环增益无限大时的情况。
由于被相位补偿的通常的op 放大器其高频域的增益很小，所以实际的输人电阻ri 上升为：
此上升方式与线圈l 的阻抗一频率特性ωl相类似。
因此，如果将此和电容cd 并联连接，则在电路的频率特性上会产生峰值。
此峰值的频率fp 为：ft 是所使用的op 放大器的单位增益带域幅度，fc 是电路的截断频率。
此时的fc 为：
例如在ft＝1mhz 的op 放大器上，cd＝0.01μf、rl＝1ookω时的峰值频率fp 变为12.6khz。
硅光电二极管与电荷灵敏前置放大器在中微子实验中的设计应用研究
硅 光 电 二 极 管 与 电 荷 灵 敏 前 置 放 大 器 在 中 微 子 实 验 中 的 设 计 应 用 研 究
张 志 勇 刘 正 山 ， ， 程 昶 李 ，
（中 国辐 射 防 护 研 究 院 ， 西 太 原 山 北京 ９８ 箱 １信
金 刘 延 石 峰 王 子 敬。 ， ， ，
用 来 测 量 Ｃ ｌＴ１ 受 照 射 后 释 出光 子 ， 以 ， ｓ（ ） 所 对
收 稿 日 期 ：０ １ ０ — Ｉ ２ ０ — ５２
作者 简 介 ： 志勇 （ ９ ７ ） 男 ， 张 １ ５ 一 ， 山东 阳 谷 人 ，中 国辐 射 防护 研 究 院 副研 究 员 ， 主要 从 事 棱 电子 学 棱 辐射 监 测 、 仪 器研 制 等方 面 的工 作 。 探 测 器 第 五 届专 棱 校 业 委 员 会委 员 。
０ 引 言
在 近 十年 中 ， 硅 光 电二 扳 管 和前 置 放大 将
为 实 验 对 象 用 来 研 究 中 微 子 的作 用 影 响 。 为 作 长 期 目标 将 扩展 到 对太 阳 中 微 子 的 实 验 研 究 。 在 台 湾 中 微 子 实 验 前 期 工 作 中 ， Ｓ Ｄ 以 Ｐ
质 的光 子 。 基 于 上 述 设 计 考 虑 ， 何 利 用 Ｓ Ｄ有 效 地 如 Ｐ
研 院 物 理 所 组 织 开 展 ， 有 我 们 几 个 单 位 和 美 并 国 马 里 兰 大 学 参 与 协 作 的 科 研 项 目。 项 目于 该 １ ９ 年 开 始 ， 期 目标 是 研 究 设 计 可 行 的 中 鞭 ９７ 前 子 检 测 设 备 和 手 段 ， 制 作 一 个 ５ Ｏ ｇ的 ｃ 并 Ｏｋ Ｓ （ ）晶 体 量 热 计 。 台 湾 的 ２ 核 电 站 反 应 堆 ＴＩ 以 号
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
For personal use only in study and research; not for commercial useoo•二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。
许多精密应用领域需要检测光并将之转换为有用的。
光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置、红外高温计和色谱分析仪等系统中。
在这些电路中，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。
而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。
看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换，但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。
为了进一步扩展应用前景，单还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面出新的限制。
本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。
首先探讨电路工作原理，然后如果读者有机会的话，可以运行一个SPE模拟程序，它会很形象地说明电路原理。
以上两步是完成设计过程的开始。
第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。
1 光检测电路的基本组成和工作原理设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。
这种方式的单电源电路示于图1中。
在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。
光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。
由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻。
输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。
图中的放大系统将电流转换为电压，即VOUT = ISC ×RF （1）图1 单光电二极管检测电路式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。
图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。
电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计_肖海军
第43卷第2期激光与红外Vol．43，No．2 2013年2月LASER＆INFRARED February，2013文章编号：1001-5078（2013）02-0190-05·电子电路·电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计肖海军，张流强，肖沙里，李先仓，黄振华（重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030）摘要：在高灵敏度光电探测领域，常常采用雪崩二极管（APD）等高增益探测器，这些探测器通常需要上百伏的工作电压，因此电源噪声对探测器的性能影响很大。
针对单光子探测的需要，论文提出了一种电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计，通过采用匹配的差分输入，可以有效抵消电源的共模噪声。
论文首先对APD探测器在不同偏压下的结电容进行测试，然后采用可调电容对APD电容进行匹配，用MultiSim对提出的电路进行了仿真分析，最后制作实验电路进行了测试和验证。
结果表明：差分输入电荷灵敏前置放大器能够有效消除电源噪声（包括低频噪声和高频噪声），实现高灵敏度的光探测。
关键词：电荷灵敏前置放大器；APD；差分放大；Multisim仿真；电源噪声中图分类号：TN29文献标识码：A DOI：10．3969/j．issn．1001-5078．2013．02．016Power supply denoising design for charge-sensitive preamplifierXIAO Hai-jun，ZHANG Liu-qiang，XIAO Sha-li，LI Xian-cang，HUANG Zhen-hua （Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems attached to Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing400030，China）Abstract：High gain photon detectors such as avalanche photo diode（APD）are widely used for high-sensitivity photondetection．However，the high voltage applied to these detectors often makes serious noise．In order to perform high-sen-sitive photon detection，an innovative denoising design for charge-sensitive preamplifier is proposed，which can reducethe power-supply noise by differential amplification．Firstly，the junction capacitance of APD is tested under variousbias voltages．Then capacitance matching is made with an adjustable capacitor and circuit simulation is performed withMultisim software．Finally the fabricated circuit is tested．It is shown that the charge-sensitive pre-amplifier with differ-ential input can significantly reduce the power-supply noise（both low frequency and high frequency）and realize highsensitivity．Key words：sensitive charge preamplifier；APD；differential amplification；Multisim simulation；power-supply noise1引言高灵敏度光探测器在成像、光谱和光通讯领域有着广泛的应用，随着应用需求的发展，高速和高灵敏度光探测器越来也受到业界的重视，其最新发展就是以单光子探测为标志的新型光探测技术。
光电二极管及其放大电路设计
光电二极管及其放大电路设计引言：光电二极管作为一种常见的光电转换元件，具有灵敏度高、响应速度快等优点，在光电传感、光通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍光电二极管的原理和特性，并详细说明光电二极管放大电路的设计过程。
一、光电二极管的原理和特性光电二极管是一种PN结构的半导体器件，其工作原理基于内部光电效应。
当光照射到PN结上时，光子激发了半导体材料中的载流子，使得PN结两侧形成电势差，从而产生电流。
光电二极管的响应频率范围广泛，从红外到紫外均可覆盖。
光电二极管具有以下特性：1. 高灵敏度：光电二极管能够转换光信号为电信号，其灵敏度高于一般的光敏元件。
2. 快速响应：光电二极管的响应速度快，能够实现高频率的光信号检测和转换。
3. 低噪声：光电二极管的噪声水平较低，能够提供较为清晰的信号输出。
4. 宽波长范围：光电二极管的响应波长范围广，可用于各种光学应用。
二、光电二极管放大电路设计为了提高光电二极管的信号输出，常常需要设计放大电路来增强信号的幅度和稳定性。
以下将介绍光电二极管放大电路的设计步骤。
1. 选择适当的放大电路类型根据应用需求和光电二极管的特性，可以选择不同类型的放大电路，如共射放大电路、共基放大电路和共集放大电路等。
其中，共射放大电路是最常用的一种，具有较高的电流增益和输入阻抗。
2. 确定电路元件参数根据光电二极管的特性和输入信号的要求，确定放大电路的电路参数，如电阻、电容和功率源等。
通过计算和仿真，可以获得最佳的电路参数组合。
3. 进行电路布局和连接根据电路设计原理，进行电路布局和元件连接。
要注意保持电路的简洁和稳定，避免干扰和噪声。
4. 进行电路测试和优化完成电路布局和连接后，进行电路测试和优化。
可以通过示波器和信号发生器等设备，观察光电二极管输出信号的波形和幅度，并对电路进行调整和优化。
5. 确定电路的工作点和稳定性在电路测试和优化后，需要确定电路的工作点和稳定性。
通过调整偏置电压和电流，使得电路在正常工作范围内，输出稳定的放大信号。
光电转换前置放大电路设计
光电转换前置放大电路设计 探测器是光电转换的核 心器件，能够将接受 到的光强信号转换成电流信号，
在弹光调制光电 转换电路中，采用了美国Thorlabs 公司型号为 FDS02的硅光电二极管，其波长范围为 400 nm～ l 100 nm，灵敏度峰值为0．47 A／w，暗 电流为35 pA～500 pA。图5为光电转换和前置级放 大部 分电路，通过理论分析，电路输出电压为
因此在设计中选用了具有较宽频 带的低噪声放大器 AD8072作为电路的运放。电 容C。：起到相位补偿， 防止电路自激震荡的作用， 抑制了噪声干扰[8。9]。
电转换+R10)／R17]一S×P× R16×[(R1， +R1。)／R17]
式中：S为光电二极管的灵敏度；P为入射光功率。 增大电阻R。。的阻值，可以提高输出电压，但是会 引起上升时间的增加，响应速度下降，设计中取 R。。为1．1 kD,。通过对干涉信号的分析可知，信 号 最大频率与光程差和高压谐振电路的谐振频率呈 正相关，光程差的不断提高使得探测的电信号的 频 率变得极高。
光电探测器前置放大电路设计概要
光电探测器前置放大电路设计概要上海光学精密机械研究所李国扬此处的光电探测器，指的是将光功率转化为电流的二极管结构光电转换器件。
有人认为光电探测器的应用很简单，将光电二极管的输出电流用一个电阻进行取样，就得到了电压，该电压可经过AD转换电路进行数字化处理。
一个简单的光电探测器应用电路如下图所示：实际上，没有如上图一样简单。
首先，上图中的光电探测器会产生一个暗电流，这个暗电流有可能会大到可以和信号电流比拟；其次，取样电阻会产生热噪声，而电阻值越大，噪声也越大。
并且，10mV 的信号电压未必足够大。
而在光电流大小一定的情况下要提高信号电压，就需要增大取样电阻，取样电阻变大，又会增大噪声，这是一对矛盾。
进一步分析，光电探测器的PN结有一个结电容，这个结电容和取样电阻形成一个RC充电回路，RC值的大小决定了光电探测器的响应速度。
对于一个给定探测器，C 值是随着VCC电压值变化而变化的。
电容值随VCC变化典型曲线如下图。
当VCC值不稳时（如用噪声大的开关电源给探测器做偏压），就会使结电容不稳，结电容的大小会影响响应度；这样，VCC的噪声会通过改变结电容的大小而转化成信号的噪声。
确定了探测器种类和VCC后，C值就固定了，此时，减小R值可以减小响应时间，增大响应带宽；但是，减小R值又会减小响应幅度。
这又是一对矛盾。
对于探测微弱信号而言，需要一个比较大的取样电阻，而取样电阻如果很大，对于后级电路来说，相当于一个大的输出阻抗，这对后级电路的处理带来了困难。
如下图所示意，如果后级电路的输入电阻为1M欧，那么信号电压只有一半被后级放大器提取，所以，要求后级电路有很大的输入阻抗，才能尽可能多的提取信号能量。
到了这里，您可能会说，是否可以选择一种光电探测器，使它能够对光信号更为敏感，也就是说，单位光功率可以得到更大一些的光电流，这样就减轻了电路的压力。
是的，有响应更大的器件。
但是，增大光电响应度，在半导体工艺上需要增大光敏面积，而增大光敏面积的一个伴生效应是增大结电容。
基于DMOS管的电荷灵敏前置放大器设计
流工作 点 。探 测 器 与 放 大 器 之 间 的 Ｃ起 到 隔 直作 用 ， 值 为几 千 个 ｐ 取 Ｆ量 级 。 当探 测 器 输
收 稿 日期 ：０ ８０ －８ ２ ０－ ７２
出正 比于入 射 线 能 量 Ｅ 的 电 荷 量 到 电荷 灵 敏 前置放 大器 时 ， 电荷 前 放 输 出 电压 幅 度 ＝ Ｑ／ ， Ｃ 。式 中 Ｑ 为 探 测 器 产 生 的 电 荷 量 ， Ｑ—
电容 ， 是 探 测 器 偏 置 电 阻 ， 是 反 馈 电容 Ｒ Ｃｒ
，
结构简单 。通过 采 用 Ｍｕｔ ｉ 仿真 ， 明该 电 ｌｓｍ ｉ 证 路具 有 较 快 的输 出信 号 上 升 沿 和 较 好 的稳 定
性。
与之 并联 的 Ｒｒ 反馈 电阻 。为 了保 证 Ｃｒ 是 上
电荷 的积 累 ， 般情 况 下 ， 为 ＭＱ 到 Ｇ 量 一 Ｒ， Ｑ 级 。Ｒｒ 主要有 两 个 作 用 ， 是 用 于 泄 放 Ｃ 上 一 ｒ
较好 的选择 。然 而 ， 目前 我 国核 物 理 与 粒 子 物
１ 电荷灵敏 前放的基本原理
基本 的电荷灵 敏 前置 放 大 器 原 理 图如 图 １
所示。
Ｉ ＵＴ ＮＰ
理实验 测量 读 出系 统前 端 电子学 仍多 采用 常规
分离器 件构 成 ， 发 ＡＳ Ｃ 电路 是 当 前 国 内 核 研 Ｉ
探测器 ， ＿ ２ ９ ×１ 一Ｍｅ Ｗ － ．６ ０ Ｖ。不难 推 出 ， ｏ Ｖ ｍ
ｏＱ ｃ ｃ ｃＥ。对 于 电荷 前 放来 说 ， 总 的输 人 电 其
容 Ｇｒ —Ｇ＋（＋Ａ ） ， １ 。Ｃ 。其 中 Ｃ 一Ｃ ＋Ｃ ＋ Ｄ ｓ
基于光电雪崩二极管电荷灵敏前置放大器的研制_侯铁钢
基于光电雪崩二极管电荷灵敏前置放大器的研制*侯铁钢1李元东1邱腾1陈健2陈小兰1（1、成都理工大学地学核技术四川省重点实验室，四川成都6100002、成都工业学院电气工程学院，四川成都610051）光电雪崩二极管是一种新型光电转换器件，具有体积小、内置增益大、量子效率高、光谱响应范围宽和功耗低等优点，适合应用于伽马能谱测量等核仪器中。
在核仪器中，为减小探测器输出端到输入端之间分布电容的影响，须采用前置放大器对信号作初步放大。
电荷灵敏放大器具有增益稳定、噪声低和性能良好等优点，广泛应用于高分辨能谱测量系统中。
文章针对光电雪崩二极管，设计了与其匹配的低噪声折叠型电荷灵敏前置放大器，并对PCB板进行了较细致的布局，进一步提高了放大器的信噪比。
由测试结果可知，该电荷灵敏前置放大器适合应用于伽马能谱测量系统。
1电路设计文章设计的电荷灵敏前置放大器采用电阻放电-交流耦合，其内部放大结构采用典型的折叠式结构。
1.1JFET的选择在选用电荷灵敏前置放大器的第一级JFET时，不仅须要考虑JFET自身的漏电流I d、共源输入电容Ciss、低频跨导Gm和等效噪声等参数以外，还须要考虑与前端探测器的阻容匹配问题。
当探测器自身等效电容与前放第一级JFET的Ciss相等时，可获得最佳信噪比。
因此，对于小电容探测器，可选用2N4416或2SK152等型号的JFET；对于大电容探测器，可选用2N6550或2SK147等型号的JFET，也可选择多个JFET并联使用。
本设计中探测器的输出电容源于S8664-1010型光电雪崩二极管，当偏压设置为350V时，结电容约为270pF。
通过以上JFET选型要求可知，当且仅当JFET的输入电容Ciss与光电雪崩二极管输出电容相等时，方能获得最佳信噪比。
由表1知，2SK147不仅低频跨导最大，漏电流较小，而且Ciss最大，选用两个2SK147并联作为电荷灵敏前置放大器第一级JFET时，电荷灵敏前置放大器的输入电容约为300pF，与270pF最为接近。
光电二极管检测电路的工作原理及设计措施
光电二极管检测电路的工作原理及设计措施光电二极管的光电效应是指当光线照射到光电二极管的PN结时，光子能量会导致PN结电场的变化，进而导致电流的改变。
根据该原理，光电二极管检测电路的设计应包括光电二极管的电路连接、前置放大电路、滤波电路和输出电路。
首先，光电二极管的电路连接应考虑到光电二极管的极性。
光电二极管有正负两个电极，其中负极为阴极，阳极为正极。
在连接电路时，应使阴极接入地线，阳极接入电路的输入端。
接下来，前置放大电路是为了放大光电二极管的输出信号。
一般可以采用运算放大器作为前置放大电路的核心部件。
运算放大器的正极接入电路的输出端，负极接入电路的输入端，通过调整放大电路的放大倍数，可以对光电二极管的输出信号进行放大。
为了减少干扰信号的影响，需要在光电二极管检测电路中设置滤波电路。
滤波电路可以选择低通滤波器或带通滤波器，根据实际需要选择合适的滤波频率。
滤波电路可以有效地排除电器干扰信号和高频干扰信号，提高光电二极管检测电路的信噪比。
最后，输出电路是将检测到的光信号转化为需要的输出结果的部分。
输出电路的设计可以根据具体应用场景的需求来确定，可以是显示、控制、报警等功能。
输出电路可以通过电压比较器、时钟电路等实现，以便于实现对光信号的处理和控制。
在设计光电二极管检测电路时，需要注意以下几个方面的设计措施。
首先，对于光电二极管的波长特性，应选择合适的光电二极管，使其能够高效地转换光信号。
其次，对于传输线路的设计应尽量缩短其长度，以减小传输过程中的干扰。
同时，还需要考虑光电二极管的工作环境和周围光源的影响，避免产生误差。
此外，还应注意光电二极管的偏置电路的设计，使其能够稳定地工作。
最后，光电二极管检测电路的布局应合理安排，尽量减小电线的交叉和干扰。
在设计时需要考虑到信号的传输和接收的距离，以及与其他电路的干扰。
总之，光电二极管检测电路是一种能够将光信号转化为电信号并进行处理的电路。
在设计中需要考虑光电二极管的电路连接、前置放大电路、滤波电路和输出电路，并采取相应的设计措施以确保电路的正常工作。
光电二极管放大电路设计
光电二极管放大电路设计
光电二极管放大电路是一种常见的电子电路，用于将光信号转化为电信号并放大。
它由光电二极管和放大电路组成。
光电二极管是一种特殊的二极管，能够将光能转化为电能。
放大电路则起到放大电信号的作用，使光电二极管输出的微弱电信号得以放大，从而实现信号的传输和处理。
在设计光电二极管放大电路时，首先需要选择适合的光电二极管和放大电路元件。
光电二极管的选择应考虑其灵敏度、响应速度和波长范围等参数。
常见的光电二极管有硅光电二极管和光电二极管阵列等。
放大电路的选择应根据需求确定放大倍数和频率响应等因素，常用的放大电路有共射放大电路、共基放大电路和共集放大电路等。
在设计过程中，需要注意光电二极管的极性和放大电路的连接方式。
光电二极管一般有两个引脚，其中一个是阳极，一个是阴极。
在连接时，应保证阳极连接到正极，阴极连接到负极，否则将无法正常工作。
放大电路的连接方式则取决于具体的放大电路类型，需要按照电路图进行正确的连接。
为了增强光电二极管放大电路的性能，还可以采取一些优化措施。
例如，可以使用滤波电路来滤除噪声信号，提高信号的纯净度。
可以使用反馈电路来稳定放大电路的工作状态，减小非线性失真。
还可以使用调节电路来控制放大倍数，以适应不同的实际需求。
光电二极管放大电路是一种重要的电子电路，可以将光信号转化为电信号并放大。
设计时需要选择合适的光电二极管和放大电路元件，并注意极性和连接方式。
通过优化措施可以进一步提高电路的性能。
在实际应用中，光电二极管放大电路广泛用于光通信、光测量、光电转换等领域，发挥着重要的作用。
光电二极管电荷灵敏前置放大器设计
光电二极管电荷灵敏前置放大器设计.摘要本论文论述了将电荷灵敏放大器作为硅PIN光电二极管的前置放大电路，实现光电二极管的电荷信号转换为电压信号，并具备电压信号放大功能，以满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求，能够探测微弱光信号。
文中设计的电荷灵敏前置放大器采用低噪声场效应晶体管和电流型集成运算放大器构成，其等效输入噪声≤2．2keV。
该电荷灵敏前置放大电路结构简单、体积小、输出信号上升时间快、噪声低、稳定性好.关键词：硅PIN光电二极管.电荷灵敏放大器.微弱光信号检测。
Photoelectric diode sensitive chargepreamplifier designed.This paper discusses the sensitive charge amplifier as will the preamplifier circuit of photoelectric diode, photoelectric diode charge signals are converted to voltage signal, and voltage signal amplifier functions, in order to meet the low offset currents, low noise and high gain requirement, and can detect weak light signals. This paper designs the sensitive charge preamplifier with low noise field effect transistors and the current model integrated operational amplifier, the equivalent input noise than 2.2 keV. This sensitive charge preamplifier circuit is simple in structure, small volume, the output signal is rising fast time, low noise, good stability.Keywords: silicon photoelectric diode. PIN sensitive charge amplifier. Faint light signal detection。
创新光电二极管前置放大电路设计方法
创新光电二极管前置放大电路设计方法嘿，朋友！你知道吗，创新光电二极管前置放大电路设计方法，那可真是太神奇啦！就好比是在黑暗中找到了一盏明灯，指引着我们走向更清晰、更锐利的光电世界。
比如说吧，我们平时拍照，要是没有好的光电二极管前置放大电路设计，那拍出来的照片可能就会模糊不清，这多让人郁闷啊！而创新的设计方法呢，就像是给相机注入了神奇的魔力，能让照片变得超级清晰，哇塞，那感觉简直太棒了！
想想看，以前的那些传统设计方法，是不是有时候会让你觉得不够给力呀？但现在不一样了，创新的力量来了！它就像是一阵春风，吹走了陈旧的气息，带来了勃勃的生机。
咱再比方说，在一些高科技设备里，如果没有先进的光电二极管前置放大电路设计，那设备的性能可就大打折扣了。
而有了创新的设计，就如同给这些设备装上了翅膀，让它们能在科技的天空中自由翱翔！
所以说呀，创新光电二极管前置放大电路设计方法真的超级重要！它能让我们看到更美好的世界，享受到更精彩的科技成果！那我们还有什么理由不去积极探索和努力创新呢？让我们一起加油吧！。
基于光电雪崩二极管电荷灵敏前置放大器的研制
基于光电雪崩二极管电荷灵敏前置放大器的研制采用交流耦合-阻容反馈式折叠型的结构，设计了一款基于光电雪崩二极管的电荷灵敏前置放大器，包括缓冲跟随器、电流型程控衰减器、高速线性放大器、程控极性转换、程控直流偏移电路、抗混叠RC电路等。
经测试，该放大器的零电容噪声为2599e-，噪声斜率为24e-/pF。
标签：雪崩二极管；电荷灵敏前置放大器；信噪比；灵敏度光电雪崩二极管是一种新型光电转换器件，具有体积小、内置增益大、量子效率高、光谱响应范围宽和功耗低等优点，适合应用于伽马能谱测量等核仪器中。
在核仪器中，为减小探测器输出端到输入端之间分布电容的影响，须采用前置放大器对信号作初步放大。
电荷灵敏放大器具有增益稳定、噪声低和性能良好等优点，广泛应用于高分辨能谱测量系统中。
文章针对光电雪崩二极管，设计了与其匹配的低噪声折叠型电荷灵敏前置放大器，并对PCB板进行了较细致的布局，进一步提高了放大器的信噪比。
由测试结果可知，该电荷灵敏前置放大器适合应用于伽马能谱测量系统。
1 电路设计文章设计的电荷灵敏前置放大器采用电阻放电-交流耦合，其内部放大结构采用典型的折叠式结构。
1.1 JFET的选择在选用电荷灵敏前置放大器的第一级JFET时，不仅须要考虑JFET自身的漏电流Id、共源输入电容Ciss、低频跨导Gm和等效噪声等参数以外，还须要考虑与前端探测器的阻容匹配问题。
当探测器自身等效电容与前放第一级JFET的Ciss相等时，可获得最佳信噪比。
因此，对于小电容探测器，可选用2N4416或2SK152等型号的JFET；对于大电容探测器，可选用2N6550或2SK147等型号的JFET，也可选择多个JFET并联使用。
本设计中探测器的输出电容源于S8664-1010型光电雪崩二极管，当偏压设置为350V时，结电容约为270pF。
通过以上JFET选型要求可知，当且仅当JFET 的输入电容Ciss与光电雪崩二极管输出电容相等时，方能获得最佳信噪比。
高速光电二极管前置放大器的使用初探
生活中的应用也愈发频繁，CD 播放器、控制电视机、空调的遥控设备中都有高速光电二极管的一席之地。
医疗中的x 射线也应用到了光电二极管。
前置放大器在高速光电二极管中十分重要，高速光电二极管将产生的光信号转为电流信号进而再转换为电压信号，在这一过程中前置放大器所扮演的角色可谓是十分的重要。
另外，前置放大器的使用在一定程度了减轻了处理弱光信号时高速光电二极管的输出信号发出噪音的情况。
普通的二极管是由PN 结组成的半导体器件，和普通的二极管一样，光电二极管也是由PN 结组成的半导体器件，也有导电性。
光电流、暗电流、灵敏度、响应时间等都都是高速光电二极管的主要参数。
1 高速光电二极管的基本工作原理在给定光强度和光源的前提下，我们可以用短路电流来描述光电二极管的灵敏度。
通常我们规定100fc 为光电二极管光源的照度，2850K 为光电二极管光源的色温。
若发光二极管的面积小于1mm^2，则其短路电流最大不能超过一千PA，其大致范围应该在几到几百之间。
暗电流是指在没有光照时，电路中的反向电流小于0.1uA。
光电二极管的操作复杂，其对环境的要求也很高，比如在光电方式下其工作环境必须没有噪音、没有暗电流、没有偏置等，而光敏工作方式与之恰恰相反，它必须在有噪音、有暗电流的情况下才能够高速工作。
光电二极管的反馈电阻与电流决定了电路的灵敏度大小，只有严格遵循高速光电二极管前置放大器的关键技术指标才能够保证整个电路系统展现出最佳的设计效果。
光电二极管中最常使用的当属HP5082-4204，其灵敏度为350uA，在1mw 900nw 的测试条件下进行；面积为0.2mm^2，最大线性输出电流为100uA，电容为4PF，主要在10v 反向偏置的测试条件下进行，上升时间为10ns,并联电阻为10^11欧姆。
制作，高速光电二极管的材料直接影响了二极管的性能，硅、锗、砷化铟镓、硫化工作的。
没有太阳时，反向电流太过微弱，称为暗电流，有太阳光时，反向电流称为光电流。
光电二极管放大电路工作原理
光电二极管放大电路工作原理在用于光检测的固态检波器中，光电二极管仍然是基本选择。
光电二极管广泛用于光通信和医疗诊断。
其他应用包括色彩测量、信息处理、条形码、相机曝光控制、电子束边缘检测、传真、激光准直、飞机着陆辅助和导弹制导。
设计过程中，经常会优化用于光电模式或光敏模式的光电二极管。
响应度是检波器输出与检波器输入的比率，是光电二极管的关键参数。
其单位为A/W 或V/W。
前置放大器在高背景噪声环境中提取传感器生成的小信号。
光电导体的前置放大器有两类：电压模式和跨导（图2）。
图3c 所示的跨导放大器结构产生的精密线性传感性能是通过“零偏压”光电二极管实现的。
在此配置中，光电二极管发现输出间存在短路，按照公式3 （Isc =Ilight），基本上不存在“暗”电流。
光电二极管暴露在光线下且使用图2c 的电路时，电流将流到运算放大器的反相节点，如图 3 所示。
若负载（RL）为0 Ω且VOUT = 0 V，则理论上光电二极管会出现短路。
实际上，这两种状况都绝对不会出现。
RL 等于Rf/Aopen_loop_Gain，而VOUT 是放大器反馈配置施加的虚拟地。
图4所示电路是一个高速光电二极管信号调理电路，具有暗电流补偿功能。
系统转换来自高速硅PIN光电二极管的电流，并驱动20 MSPS模数转换器（ADC）的输入。
该器件组合可提供400 nm至1050 nm的频谱敏感度和49 nA的光电流敏感度、91 dB的动态范围以及2 MHz的带宽。
信号调理电路采用±5 V电源供电，功耗仅为40 mA，适合便携式高速、高分辨率光强度应用，如脉搏血氧仪。
光电二极管工作时采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光导）模式。
光伏模式可获得最精确的线性运算，而让二极管工作在光导模式可实现更高的开关速度，但代价是降低线性度。
在反向偏置条件下，存在少量的电流（称为暗电流），它们甚至在没有光照度的情况下也会流动。
可在运算放大器的同相输入端使用第二个同类光电二极管消除暗电流误差，如图4所示。
用于GaAs半导体探测器的电荷灵敏前置放大器的设计
第20卷 第2期核电子学与探测技术V o l120No12 2000年3月N uclear E lectronics&D etecti on T echno logy M ar.2000用于GaA s半导体探测器的电荷灵敏前置放大器的设计王 玉,张永明,李澄,吴瑞生,陈宏芳,汪晓莲(中国科学技术大学近代物理系,合肥 230027)摘要:介绍了一种用于GaA s半导体探测器,以场效应管和集成运放为主要器件的低噪声的电荷灵敏前置放大器的设计。
设计性能指标达到:电荷灵敏度2×1012V C,等效噪声电荷<100(电子2空穴),上升时间<10ns。
关键词:GaA s半导体探测器;电荷灵敏中图分类号:TN722.7+1 文献标识码:A 文章编号:0258-0934(2000)02-01052030 引言半导体探测器是60年代发展起来的粒子探测器,90年代初人们发现新型砷化镓化合物半导体作为粒子探测器具有对X射线和Χ射线的转换效率高、能量分辨率好、抗辐射性能好、可在室温下工作等特点,是新一代Χ相机、工业和医用CT的一种理想的射线传感元件,在新的高能对撞物理实验、宇宙暗物质的寻找以及X射线、Χ射线天文学上的应用前景也十分诱人。
我们与上海交通大学微电子技术研究所协作,进行了双金属接触(M S M)砷化镓半导体芯片的粒子探测的性能研究。
结合GaA s半导体探测器,我们设计了一种与之相配合的,以结型场效应管、集成运放为主要部件的电荷灵敏前置放大器。
1 设计思想由于半导体探测器的结电容与工作电压V s有关,而V s不能视为常量,所以要消除输入端总电容C i不稳定对输出电压幅度不稳定的影响,故采用带反馈电容C f的电荷灵敏型前置放大器。
半导体探测器具有能量分辨高但输出幅度小(其输出脉冲为Q C f[1])的特点,要求前放的信噪比尽量的高,所以通常采用低噪声的结型场效应管作为输入级。
Kµ1、K C fµC i是电荷灵敏放大器的根本条件[2](其中K是放大倍数,C i为不考虑反馈的输入端总电容)。
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光电二极管电荷灵敏前置放大器设计.摘要本论文论述了将电荷灵敏放大器作为硅PIN光电二极管的前置放大电路，实现光电二极管的电荷信号转换为电压信号，并具备电压信号放大功能，以满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求，能够探测微弱光信号。
文中设计的电荷灵敏前置放大器采用低噪声场效应晶体管和电流型集成运算放大器构成，其等效输入噪声≤2．2keV。
该电荷灵敏前置放大电路结构简单、体积小、输出信号上升时间快、噪声低、稳定性好.关键词：硅PIN光电二极管.电荷灵敏放大器.微弱光信号检测。
Photoelectric diode sensitive chargepreamplifier designed.This paper discusses the sensitive charge amplifier as will the preamplifier circuit of photoelectric diode, photoelectric diode charge signals are converted to voltage signal, and voltage signal amplifier functions, in order to meet the low offset currents, low noise and high gain requirement, and can detect weak light signals. This paper designs the sensitive charge preamplifier with low noise field effect transistors and the current model integrated operational amplifier, the equivalent input noise than 2.2 keV. This sensitive charge preamplifier circuit is simple in structure, small volume, the output signal is rising fast time, low noise, good stability.Keywords: silicon photoelectric diode. PIN sensitive charge amplifier. Faint light signal detection。
目录摘要 (1)目录 (2)第一章前言 (3)1.1选题依据和意义 (3)1.2国内外研究现状 (4)1.3主要研究内容 (5)第二章基本理论及系统原理 (5)2.1光电二极管工作原理 (5)2.1.1基本原理 (5)2.1.2光电导效应 (6)2.1.3光伏效应 (6)2.1.4光电二极管结构及工作原理 (6)2.2光电二极管的噪声 (7)2.2.1热噪声 (8)2.2.2散粒噪声 (9)2.2.3产生——复合噪声 (9)2.2.4 1/f噪声 (9)2.3光电二极管基本特性和主要参数 (10)2.3.1电压电流特性 (10)2.3.2光照灵敏度 (11)2.3.3光谱响应 (11)2.3.4结电容 (12)2.4 硅光电二极管 (13)2.4.1硅光电二极管的基本结构及其等效电路 (13)2.4.2硅PIN光电二极管的原理和特性 (14)2.4.3影响硅光电二极管输出信噪比的因素 (16)2.5前置放大器 (16)2.5. 1前置放大器的作用 (17)2.5.2前置放大器的种类： (17)2.6电荷灵敏放大器 (18)2.6.1电荷灵敏放大器的原理 (18)2.6.2电荷灵敏前置放大器的噪声 (19)第三章系统设计及方案选择 (19)3.1光电二极管前置放大设计的基本原则 (19)3.2配合硅半导体探测器的电荷灵敏前置放大器的设计原则 (21)3.3系统方案选择 (22)3.3.1光电二极管的选择 (22)3.3.2电荷灵敏放大器的选择 (24)第四章放大电路设计 (29)4.1放大电路设计 (29)4.2系统主要性能 (30)4.3工艺设计 (31)4.4噪声 (31)4.5使用温度 (32)4.6关于交流耦合 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章前言·1.1选题依据和意义光电二极管是一种能够将将光信号转换成电信号PN结型半导体元件，因此广泛用于各种遥控系统、光电开关、光探测器，以及以光电转换的各种自动控制仪器、触发器、光电耦合、编码器、特性识别、过程控制、激光接收等方面。
在机电一体化时代，它成为必不可少的元件。
在核物理中，对放射性粒子的测量十分重要，对射线粒子所携带的信息进行测量和分析研究，有助于对原子核内部特征和规律进行研究，也有利于原子核科学技术的应用。
因此，用于探测此类射线的传感器及其电子学系统在核电子学中具有举足轻重的地位，尤其是光电二极管。
光电二极管种类很多.按面积可分为两类:具高电容（30PF至3000PF）的大面积光电二极管和具相对较低电容(10PF或更小)的较小面积光电二极管.按用途分类：可以分为硅PIN光电二极管、整流用二极管、变容二极管、稳压二极管、快速关断二极管、肖特基二极管.发光二极管等。
其中，硅PIN光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中。
质量好的硅PIN光电二极管用于激光功率测量时，测量下限可达1 x 10- 8 W，分辨率可达1x10-12W.因此，硅PIN光电二极管在半导体探测器和闪烁探测器方面应用广泛。
由于半导体探测器的输出讯号的幅度是由入射粒子通过灵敏层时释放的电荷量决定的。
这个讯号时相当微弱的，为了精确分析粒子能量，就需要有高线性，低噪声的放大器与其配合。
但是应当指出，由于半导体探测器的结电容是随着外加偏压而改变，因此在不同的偏压下，对同样能量损耗下的入射粒子来说就给出不同幅度的电压脉冲，这就影响了能量的准确性。
故一般在能量分析时，要采用电荷灵敏前置放大器与探测器相配合，同时随着核仪器向便携式、智能化、集成化等高性能的发展，分立元件组成的放大器，由于其元件多、体积大、不易调试等缺点，已不适应仪器的发展趋势，集成运算放大器已越来越被各种放大电路所采用.采用集成运算放大器的电荷灵敏放大器在许多核仪器中逐渐应用。
所以光电二极管电荷灵敏放大器的研究具有重要意义。
1.2国内外研究现状20世纪80年代，随着大灵敏度和大面积硅光电二极管问世，国内外开始光电二极管在核辐射探测领域的试探性研究，并估计其在辐射探测领域的应用前景。
在国内，中科院高能所雷传衡老师率先将西门子公司的BPW-34型硅PIN光电二极管用于袖珍式Y、中子剂量率监测中。
此时，国外己经提出采用CsI晶体与硅光电二极管构成闪烁探测器来探测X射线.进入20世纪90年代，国内外硅PIN 光电二极管在闪烁探测器方而展开了广泛的研究，并取得了丰硕的成果，近来，国内外都将光电二极管与前置放大电路封装一起构成探测装置，提供给用户.且测量信息由单纯的计数测量扩展到能量、时间等方而;探测的目标对象范围扩展到:高能电磁辐射、粒子、介子、中微子等其他高能粒子。
目前在光电二极管和电荷灵敏前置放大器方面国内的主要研究成果有：中国辐射防护研究院,设计了以集成运算放大器为主要器件的, 用于化合物半导体探测器的电荷灵敏前置放大器[1].清华大学工程物理系设计的低噪声CMOS 电荷灵敏前置放大器，比传统i的电荷灵敏前放的电路密度至少提高了3个数量级[2]。
中国科学院则设计了一种多路电荷灵敏前置放人器，其路数最多为8路，它有功耗低，体积小，价格低廉，使用方便等特点[3]1.3主要研究内容本文主要是根据光电二极管发展现状，采用电荷灵敏放大器作为硅PIN光电二极管前置放大电路。
第二章介绍系统设计的基本理论及原理；第三章主要介绍整个系统的各个部分的方案选择；第四章是整个放大电路的系统设计，前半部分介绍系统完整的硬件电路图及其相关元件参数选择，后半部分介绍各模块软件设计，包括软件流程图和关键代码；第五章仪器的性能测试及遇到的问题和解决思路；第六章全文总结和展望；最后是致谢和参考文献。
第二章基本理论及系统原理2.1光电二极管工作原理2.1.1基本原理[4]光电二极管是一种PN结型半导体元件，当光照射到PN结上时，半导体内电子受到激发，产生电子空穴对,在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。
工作模式：光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，12.1.2光电导效应[5]半导体光电器件利用“内光电效应”工作，与外光电效应材料的逸出功相似，半导体材料吸收了入射光子能量，只有当光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度时，才会将材料内部的电子从低能态激发到高能态，并在低能态位置产生空穴，高能态位置产生一个自由电子。
这样产生一个电子一空穴对，从而改变材料的电导，该效应称为“光电导效应”。
光电导效应为半导体材料的体效应。
2.1.3光伏效应[6]光伏效应需要有内部电势垒，这个内部势垒可以是PN结、PIN势垒结等，其中PN结是最简单、最基础的。
当光照在PN结上，若入射光的光子能量大于禁带宽度，波长与禁带宽度满足如下关系:λ（nm）≤1240/E （2-1）价带电子接受了光子的能量，将激发到导带，产生“非平衡电子一空穴对”。
在小信号情况下，在N型表面中产生的电子空穴对，由于热运动，光生少子一空穴发生扩散，一旦扩散到势垒区就会受到内电场的作用而扫向P区一边。
在势垒区中，光激发的电子空穴对，将在内电场的作用下分别向两边运动，空穴向P 区，电子向N区。
同样，光入射到P区产生的电子空穴对，也将发生扩散运动而光生少子——电子一旦扩散到势垒区中，就被内电场扫向N区一边。
也就是说由于内电场的存在，光生电子将向N区一边集中，光生空穴将向P区一边集中若光不断地照射，光生电子空穴对不断地产生，在内电场的作用下，光生电子空穴对不断地向PN结两边集中，其结果是P区一边因空穴积累而带正电，N区一边因电子积累而带负电。
当入射光激发出电子一空穴对时，电势垒的内建电场将电子和空穴分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，该现象即为“光伏效应”。
2.1.4光电二极管结构及工作原理光电二极管结构：光电二极管与普通半导体二极管一样，都具有一个PN结，引出两根电极引线，都是非线性器件，具有单向导电性能。
但是，由于光电二极管是光敏器件，因此，在外形和结构方面有它自己的特点.首先，光电二极管的管壳上有一个能透射光线的窗口(受光面)，以便光通过窗口而照射在管芯上。