2.3光电二极管解析
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由式τ = CfRL与f = 1/2πτ知，Cf小，τ则小，频带将变宽。因此，这种 管子最大的特点是频带宽，可达10GHz。另一个特点是，因为I层很厚， 在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。
1 2
IL
Ip
一般2DU硅光电二极管的结电容为3PF，响 应时间为0.1us，带宽为2MHz。 要改变频率特性，就要改变时间常数。
(8) 噪声
光电二极管的噪声包含：低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声InT
等3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管的主要噪声，低频噪
声和热噪声为其次要因素。 散粒噪声是由于电流在半导体内的散粒效应引起的，它与 电流的关系
流和噪声。
(1)PN光电二极管的结构
光输入
或
+
U R
输出
-
（a） （b） 光电二极管外形、符号与光电特性的测量电路
2DU管加环极的目的
光电二极管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜，而SiO2中又常含有少量的 钠、钾、氢等正离子。 SiO2是电介质，这些正离子在SiO2中是不能移动的，但是它们的静电 感应却可以使P-Si表面产生一个感应电子层。 这个电子层与N-Si的导电类型相同，可以使P-Si表面与N－Si连通起来。 当管子加反偏压时，从前极流出的暗电子流，除了有PN结的反向漏电 子流外，还有通过表面感应电子层产生的漏电子流，从而使从前极流出的 暗电子流增大。
再考虑负载电阻RL的热噪声：
4 KT f RL
2 21
2 2 q (Φs Φb ) 4KT f 2 In f 2qI d f hc RL
目前，用来制造PN结型光电二极管的半导体材料主要有硅、 锗、硒和砷化镓等，用不同材料制造的光电二极管具有不同的 特性。
2 PIN管
为了减小暗电流，设置一个N+-Si的环把受光面 （N-Si）包围起来，并从N+-Si环上引出一条引线（环 极），使它接到比前极电位更高的电位上，为表面漏 电子流提供一条不经过负载即可达到电源的通路。 这样，即可达到减小流过负载的暗电流、减小噪 声的目的。 如果使用时环极悬空，除了暗电流、噪声大些外， 其它性能均不受影响。 2CU管子，因为是以N-Si为衬底，虽然受光面的 SiO2防反射膜中也含有少量的正离子，而它的静电感 应不会使N-Si表面产生一个和P-Si导电类型相同的导 电层，从而也就不可能出现表面漏电流，所以不需要 加环极。
(4)PN光电二极管的伏安特性
无光 暗电流 有光 光电接收二极管 反偏状态 光电流（恒流） 光电流与照度线性关 系 普通二极管工作在正向电压大于0.7V的情况下，而光电 二极管则必须工作在0.7V以下
在光电技术中常采用 重新定义电流与电压正方 向的方法把特性曲线旋转
成如图3-4所示。重新定
义的电流与电压的正方向
(5)PN光电二极管的温度特性
(6)入射特性
由于入射窗口不同，造成光电灵敏度随入射 方向而变化的特性。
聚光透镜：由于聚光位置与入射光位置有关， 排除了杂散光的干扰，当入射光与入射光 主轴重合时，灵敏度最大。
平板透镜：聚光作用差，易受杂散光的干扰， 光易反射，极值灵敏度小。
7.频率特性：
光电二极管的等效电路：
I 2eI f
2 ns
(2 20)
光电二极管的电流应包括暗电流Id、信号电流Is和背景辐射引 起的背景光电流Ib，因此散粒噪声应为
I 2q(Id IS I b ) f
2 ns
根据电流方程，并考虑反向偏置情况，光电二极管电流与 入射辐射的关系 ，得到
2 2 q (Φs Φb ) 2 I ns f 2qI d f hc
UL Ip 1 jwC j RL Ip 1 jwRL C j 1 1
2 2
百度文库
RL I p 1 jwRL C j (2 17)
(2 16)
IL
IL
Ip
(2 18)
可见，IL是频率的函数，随着入射 光调制频率的增加而减小。当 ω=1/τ时，这时f = 1/2πτ 称为上限截止频率，或称为带宽。
PIN管是光电二极管中的一种。是在P型半导体和N型半导体之间夹 着一层（相对）很厚的本征半导体。
为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN结外光生载流子的 扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型层，构成PIN结构光电二 极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外形上没有区别。 PIN结的内电场就基本上全集中于I层中，从而使PN结双电层的间距加宽， 结电容变小。 PIN光电二极管在反向电压作用下，耗尽区扩展到整个半 导体，光生载流子只产生漂移电流，因此， 它的时间响应只取决于τdr 与τRC ，在10-9s左右。
2.3 光电二极管 2.3.1. PN结型 光电二极管
按材料分为：硅光电二极管、锗光电二极管、砷化 镓、锑化铟光电二极管
国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分 为2CU和2DU两种系列。
2CU系列以N-Si为衬底， 2DU系列以P-Si为衬底， 2CU系列光电二极管只有两个引出线，
而2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后 极外，还设了一个环极。2DU管加环极的目的是为 了减少暗电
Ip为光电流，V为理想二极
管，Cf为结电容，Rsh为
漏电阻，Rs为体电阻， RL为负载电阻；图2是从
图1简化来的，因为正常
运用时，光电二极管要 加反向电压，Rsh很大， Rs很小，所以图b中的V、 Rsh、Rs都可以不计
ω：入射光的调制圆频率，ω＝2πf，f为入射光的调制 频率，τ = CfRL，IL的模量为
(2) PN光电二极管光照特性
(3) PN光电二极管光谱特性
典型的硅光电二极 管光谱响应长波限为 1.1μ m左右，短波限 接近0.4μ m，峰值响 应波长为0.9μ m左右。
光电二极管的光谱响应定义为以等功率的不同单色辐射波 长的光作用于光电二极管时，其响应程度或电流灵敏度与 波长的关系称为其光谱响应。
与PN结内建电场的方向
相同。
与硅光电池的伏安特性曲线图比较，有两点不同。 图线对于纵轴反转了一下，是以横轴的正向代表负 电压，这样处理对于以后的电路设计很方便。 二者比较可略而不计，所以实用曲线常画为上图的
一是把硅光电池的伏安特性曲线图中Ⅰ、Ⅱ象限里的
二是因为开路电压UOC一般都比外加的反向电压小很多， 形式。
1 2
IL
Ip
一般2DU硅光电二极管的结电容为3PF，响 应时间为0.1us，带宽为2MHz。 要改变频率特性，就要改变时间常数。
(8) 噪声
光电二极管的噪声包含：低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声InT
等3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管的主要噪声，低频噪
声和热噪声为其次要因素。 散粒噪声是由于电流在半导体内的散粒效应引起的，它与 电流的关系
流和噪声。
(1)PN光电二极管的结构
光输入
或
+
U R
输出
-
（a） （b） 光电二极管外形、符号与光电特性的测量电路
2DU管加环极的目的
光电二极管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜，而SiO2中又常含有少量的 钠、钾、氢等正离子。 SiO2是电介质，这些正离子在SiO2中是不能移动的，但是它们的静电 感应却可以使P-Si表面产生一个感应电子层。 这个电子层与N-Si的导电类型相同，可以使P-Si表面与N－Si连通起来。 当管子加反偏压时，从前极流出的暗电子流，除了有PN结的反向漏电 子流外，还有通过表面感应电子层产生的漏电子流，从而使从前极流出的 暗电子流增大。
再考虑负载电阻RL的热噪声：
4 KT f RL
2 21
2 2 q (Φs Φb ) 4KT f 2 In f 2qI d f hc RL
目前，用来制造PN结型光电二极管的半导体材料主要有硅、 锗、硒和砷化镓等，用不同材料制造的光电二极管具有不同的 特性。
2 PIN管
为了减小暗电流，设置一个N+-Si的环把受光面 （N-Si）包围起来，并从N+-Si环上引出一条引线（环 极），使它接到比前极电位更高的电位上，为表面漏 电子流提供一条不经过负载即可达到电源的通路。 这样，即可达到减小流过负载的暗电流、减小噪 声的目的。 如果使用时环极悬空，除了暗电流、噪声大些外， 其它性能均不受影响。 2CU管子，因为是以N-Si为衬底，虽然受光面的 SiO2防反射膜中也含有少量的正离子，而它的静电感 应不会使N-Si表面产生一个和P-Si导电类型相同的导 电层，从而也就不可能出现表面漏电流，所以不需要 加环极。
(4)PN光电二极管的伏安特性
无光 暗电流 有光 光电接收二极管 反偏状态 光电流（恒流） 光电流与照度线性关 系 普通二极管工作在正向电压大于0.7V的情况下，而光电 二极管则必须工作在0.7V以下
在光电技术中常采用 重新定义电流与电压正方 向的方法把特性曲线旋转
成如图3-4所示。重新定
义的电流与电压的正方向
(5)PN光电二极管的温度特性
(6)入射特性
由于入射窗口不同，造成光电灵敏度随入射 方向而变化的特性。
聚光透镜：由于聚光位置与入射光位置有关， 排除了杂散光的干扰，当入射光与入射光 主轴重合时，灵敏度最大。
平板透镜：聚光作用差，易受杂散光的干扰， 光易反射，极值灵敏度小。
7.频率特性：
光电二极管的等效电路：
I 2eI f
2 ns
(2 20)
光电二极管的电流应包括暗电流Id、信号电流Is和背景辐射引 起的背景光电流Ib，因此散粒噪声应为
I 2q(Id IS I b ) f
2 ns
根据电流方程，并考虑反向偏置情况，光电二极管电流与 入射辐射的关系 ，得到
2 2 q (Φs Φb ) 2 I ns f 2qI d f hc
UL Ip 1 jwC j RL Ip 1 jwRL C j 1 1
2 2
百度文库
RL I p 1 jwRL C j (2 17)
(2 16)
IL
IL
Ip
(2 18)
可见，IL是频率的函数，随着入射 光调制频率的增加而减小。当 ω=1/τ时，这时f = 1/2πτ 称为上限截止频率，或称为带宽。
PIN管是光电二极管中的一种。是在P型半导体和N型半导体之间夹 着一层（相对）很厚的本征半导体。
为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN结外光生载流子的 扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型层，构成PIN结构光电二 极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外形上没有区别。 PIN结的内电场就基本上全集中于I层中，从而使PN结双电层的间距加宽， 结电容变小。 PIN光电二极管在反向电压作用下，耗尽区扩展到整个半 导体，光生载流子只产生漂移电流，因此， 它的时间响应只取决于τdr 与τRC ，在10-9s左右。
2.3 光电二极管 2.3.1. PN结型 光电二极管
按材料分为：硅光电二极管、锗光电二极管、砷化 镓、锑化铟光电二极管
国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分 为2CU和2DU两种系列。
2CU系列以N-Si为衬底， 2DU系列以P-Si为衬底， 2CU系列光电二极管只有两个引出线，
而2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后 极外，还设了一个环极。2DU管加环极的目的是为 了减少暗电
Ip为光电流，V为理想二极
管，Cf为结电容，Rsh为
漏电阻，Rs为体电阻， RL为负载电阻；图2是从
图1简化来的，因为正常
运用时，光电二极管要 加反向电压，Rsh很大， Rs很小，所以图b中的V、 Rsh、Rs都可以不计
ω：入射光的调制圆频率，ω＝2πf，f为入射光的调制 频率，τ = CfRL，IL的模量为
(2) PN光电二极管光照特性
(3) PN光电二极管光谱特性
典型的硅光电二极 管光谱响应长波限为 1.1μ m左右，短波限 接近0.4μ m，峰值响 应波长为0.9μ m左右。
光电二极管的光谱响应定义为以等功率的不同单色辐射波 长的光作用于光电二极管时，其响应程度或电流灵敏度与 波长的关系称为其光谱响应。
与PN结内建电场的方向
相同。
与硅光电池的伏安特性曲线图比较，有两点不同。 图线对于纵轴反转了一下，是以横轴的正向代表负 电压，这样处理对于以后的电路设计很方便。 二者比较可略而不计，所以实用曲线常画为上图的
一是把硅光电池的伏安特性曲线图中Ⅰ、Ⅱ象限里的
二是因为开路电压UOC一般都比外加的反向电压小很多， 形式。