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單片機(jī)開發(fā)光學(xué)檢測器使用哪些光電二極管偏置？
光學(xué)系統(tǒng)將需要某種檢測器，光電二極管是用于將輸入光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)檢測器元件。光電二極管與任何其他二極管一樣，可以在端子之間施加電壓。但是，它也是一個(gè)光檢測器，光電二極管中的輸入光會(huì)產(chǎn)生電流。
當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)電路來收集和測量來自光電二極管的電流時(shí)，很明顯，也可以通過施加一些光電二極管偏置來控制電流。您使用的光電二極管偏置將確定設(shè)備對(duì)輸入光的響應(yīng)方式，即輸出電流是線性還是非線性。當(dāng)您需要將光電二極管集成到標(biāo)準(zhǔn)檢測和測量電路中（例如，使用放大器）時(shí)，可以通過以下方法確保獲得所需的線性或非線性輸出。
光電二極管偏置如何影響光響應(yīng)
為了更好地理解為什么要在光檢測器電路中施加光電二極管偏置，請(qǐng)看一下標(biāo)準(zhǔn)二極管方程，其中輸入光的光功率為P時(shí)產(chǎn)生額外的電流。在下面顯示的方程式中，總輸出電流只是光電流的總和，等于PR，其中R是光電二極管的響應(yīng)度（以A / W為單位）。光電二極管中的剩余量在標(biāo)準(zhǔn)二極管電流方程中具有其常規(guī)含義。
光電二極管電流方程。
請(qǐng)注意，所有光電二極管都具有一定的輸入光強(qiáng)度，在該強(qiáng)度下非線性效應(yīng)開始變得明顯，并且上述方程式假設(shè)我們以線性光學(xué)響應(yīng)但具有非線性電響應(yīng)進(jìn)行操作。
輸入光功率在光電二極管結(jié)中產(chǎn)生一些電子，然后這些電子以反向偏置（因此為負(fù)號(hào)）從結(jié)移開。通過施加一些偏置，可以增加或減小反向偏置電流。在以下三種情況下，可以使用光電二極管偏置來控制輸出電流以及光電二極管如何響應(yīng)輸入光：
V?V B（擊穿模式）。通常在雪崩光電二極管中使用它來檢測非常低電平的光信號(hào)。通過利用碰撞電離的增益，當(dāng)光電二極管接收到微弱的光信號(hào)時(shí)，二極管可以輸出非常大的電流，但是光電二極管的響應(yīng)是非線性的
0 <V <-V B（光電導(dǎo)模式）。在該區(qū)域中，離開光電二極管的電信號(hào)所看到的電容較低，因此該設(shè)備可以更快的速度運(yùn)行。缺點(diǎn)是暗電流較大（即本底噪聲較高）。在此光電二極管偏置范圍內(nèi)，通常使用需要檢測非常快的光脈沖的快速光電二極管。輸出電流也是高度線性的。
小正V（光伏模式）。在該區(qū)域中，由于電容，時(shí)域響應(yīng)變慢，但是來自光電二極管的輸入光仍將處于線性狀態(tài)。此區(qū)域還用于為設(shè)備擴(kuò)展負(fù)載線，以使輸出在特定光電二極管偏置下具有最大電流。
如何應(yīng)用光電二極管偏置
在設(shè)計(jì)光電二極管電路時(shí)，偏置的施加并不取決于收集和讀取光電二極管信號(hào)的方式。無論是分立元件還是集成陣列，使用帶有偏壓的光電二極管的典型方法是使用跨阻放大器。下面的電路中顯示了一種典型的布置。
光電二極管電路處于光電導(dǎo)模式并施加了偏壓。
在上述電路中，施加的偏置使光電二極管處于反向偏置狀態(tài)，因此我們以光電導(dǎo)模式工作。該電路還可以與高反向和雪崩光電二極管一起使用，這將為檢測低電平光信號(hào)提供高增益。要使電路處于正向偏置狀態(tài)，只需將電壓源翻轉(zhuǎn)即可。
確保線性輸出電流
即使光電二極管是光學(xué)線性電路，它也是電氣非線性電路。因此，需要通過模擬用于光電二極管電路的負(fù)載線來設(shè)計(jì)光電二極管。通過調(diào)整電阻器的值，您可以提取一系列輸入光強(qiáng)度值，其中輸出電流是線性的。