光电二极管是什么
光电二极管是一种双元件P-N或PIN结，通过透明体或外盖暴露在光线下。当光线照射到结时，会根据具体工作模式产生电流或电压。光电二极管有三种工作模式，具体取决于施加到该器件的偏置值。这些是光伏、光电导或雪崩二极管模式。
如果光电二极管未施加偏置信号，则在光电模式下工作并且能在光源照射下产生一个小输出电压。这种模式下，光电二极管的作用就像太阳能电池。光电模式在低频应用中很有用，一般低于350kHz且光强小。这种输出电压很低，且在大多数情况下，光电二极管的输出需要采用放大器。
光电导模式要求对光电二极管进行反向偏置。此处施加的反向偏置电压将在P-N结产生一个耗尽区。偏置电压越大，耗尽区就越宽。与无偏置电压的二极管相比，耗尽区越宽会导致电容减少，从而使响应时间更快。这种工作模式的噪音水平较高，可能需要通过带宽限制进行控制。
如果进一步增大反向偏置电压，光电二极管将在雪崩二极管模式下工作。在这种工作模式下，光电二极管在高反向偏置电压下工作，允许由于雪崩击穿效应使每个由光线产生的电子空穴对的数量实现倍增。这将带来光电二极管内部增益和更高的灵敏度。这种工作模式的功能类似于光电倍增管。
在大多数应用中，光电二极管在具有反向偏置电压的光电导模式下工作（下图）。
图：由于在耗尽区产生了电子空穴对，施加了反向偏置电压的光电二极管产生的电流与光强度成正比。蓝色圆表示电子，白色圆表示空穴。
施加了反向偏置电压的未发光光电二极管结中有一个自由载流子很少的耗尽区。它看起来像一个带电的电容器。有一个由热激发电离引起的小电流，称为“暗”电流。理想光电二极管的暗电流为零。暗电流、热噪声水平与二极管的温度成正比。由于光照度极低，暗电流会掩盖光电流，所以应选择小暗电流器件。
当具有足够能量的光线照射在耗尽层时，会电离晶体结构中的原子并产生电子空穴对。由于施加了偏置电压，现有的电场会把电子移动到阴极，空穴移动到阳极，从而产生光电流。光强度越大，光电流就越大。图所示的反向偏置光电二极管的电流电压特性说明了这一点。
图：反向偏置光电二极管的VI特征说明二极管电流的递增量是光照强度的函数。
该图显示二极管反向电流是所施加反向偏置电压的函数，且以光强度为参数。请注意，光照强度增大会使反向电流水平成比例增大。这就是使用光电二极管测量光强度的基本原理。当偏置电压大于0.5伏时，几乎不会影响光电流。将反向电流施加到跨阻放大器上，可将其转换为电压。
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