光敏二极管
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§3.1.4 光敏二极管
一．结构和工作原理
1．基本工作原理
扩散
光照
2．等效电路
I
I
Id I
＝0 2
U
U
I Is
QU (e KT
3
1)
I Is
QU (e KT
1) I
3．结构剖面图
RL
RL
P N
N
N
N
P
(a) 2CU
(b) 2DU
4．外形图
优点：提高灵敏度，减小杂散光的影响。
线性输出范围宽
输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。
五．雪崩光敏二极管（APD）
APD结构： （1）杂质浓度高
（2）厚度薄
特点：
•电流增益可达106，灵敏度很高
•频率响应高，带宽可达100GHz •线性度差，故要求工作电压稳定
六．光敏二极管阵列
U（V）
Rs
iφ
RD
C
RL
iφ
C
RL
Ic
∵ iφ = ic+ iL＝U(jC+1/RL)
IL
∴ U= iφ /(jC+1/RL) =Umax/[1+(CRL)2]1/2 ejψ
上限频率： 负载电阻两端的电压会随着调制的入射光 频率的提高而下降，当频率增加到FH时,U=0.707×Umax，
则称此时的频率为上限频率或截止频率。
缺点：对入射角敏感，从而将入射角的变化误认为是 光强度的变化。
二．特性 1 光照特性
2. 光谱特性
3. 伏安特性
4. 温度特性
RL
GG
+E
Rc
Ib
BG
U
R
5. 暗电流
R1
GG
u
RW
6. 频率特性
Rs
C 节电容 Rs 体电阻 is
RD
C
RL
RD 反向偏置电阻 RL 负载电阻
频率特性： • 负载电阻越大，频率响应越差
∴ 当U=0.707 Umax时， 1+(CRL)2＝2， 即： CRL＝1 ∴ ＝1/(CRL), FH=1/(2CRL)
例2：
光敏二极管等效简化联接电路如下图，其结电容c=5微微 法，负载电阻RL ＝100千欧，求：此电路的上限频率为多少？
is
C
RL
Ic
IL
四．PIN管
P I N
特点：频带宽，可达10GHz
• 入射波长越长，频率响应越差
三．电路分析与计算
例1： 光敏二极管的联接和伏安特性如下图，若光敏二极管上 的照度L＝100+100Sin（t）勒克斯，为使光敏二极管上有 10V的电压变化。请选择合适的负载电阻和电源电压，并绘 出电流、电压随光强变化曲线。
RL
I（A） 10 200Lx
E
U
2
Hale Waihona Puke Baidu
150Lx 100Lx 50Lx
一．结构和工作原理
1．基本工作原理
扩散
光照
2．等效电路
I
I
Id I
＝0 2
U
U
I Is
QU (e KT
3
1)
I Is
QU (e KT
1) I
3．结构剖面图
RL
RL
P N
N
N
N
P
(a) 2CU
(b) 2DU
4．外形图
优点：提高灵敏度，减小杂散光的影响。
线性输出范围宽
输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。
五．雪崩光敏二极管（APD）
APD结构： （1）杂质浓度高
（2）厚度薄
特点：
•电流增益可达106，灵敏度很高
•频率响应高，带宽可达100GHz •线性度差，故要求工作电压稳定
六．光敏二极管阵列
U（V）
Rs
iφ
RD
C
RL
iφ
C
RL
Ic
∵ iφ = ic+ iL＝U(jC+1/RL)
IL
∴ U= iφ /(jC+1/RL) =Umax/[1+(CRL)2]1/2 ejψ
上限频率： 负载电阻两端的电压会随着调制的入射光 频率的提高而下降，当频率增加到FH时,U=0.707×Umax，
则称此时的频率为上限频率或截止频率。
缺点：对入射角敏感，从而将入射角的变化误认为是 光强度的变化。
二．特性 1 光照特性
2. 光谱特性
3. 伏安特性
4. 温度特性
RL
GG
+E
Rc
Ib
BG
U
R
5. 暗电流
R1
GG
u
RW
6. 频率特性
Rs
C 节电容 Rs 体电阻 is
RD
C
RL
RD 反向偏置电阻 RL 负载电阻
频率特性： • 负载电阻越大，频率响应越差
∴ 当U=0.707 Umax时， 1+(CRL)2＝2， 即： CRL＝1 ∴ ＝1/(CRL), FH=1/(2CRL)
例2：
光敏二极管等效简化联接电路如下图，其结电容c=5微微 法，负载电阻RL ＝100千欧，求：此电路的上限频率为多少？
is
C
RL
Ic
IL
四．PIN管
P I N
特点：频带宽，可达10GHz
• 入射波长越长，频率响应越差
三．电路分析与计算
例1： 光敏二极管的联接和伏安特性如下图，若光敏二极管上 的照度L＝100+100Sin（t）勒克斯，为使光敏二极管上有 10V的电压变化。请选择合适的负载电阻和电源电压，并绘 出电流、电压随光强变化曲线。
RL
I（A） 10 200Lx
E
U
2
Hale Waihona Puke Baidu
150Lx 100Lx 50Lx