光电二极管的模型和线性分析
2016-03-22 21:29阅读:
光电流:
光电二极管工作时的电流信号主要由光生载流子形成,但载流子漂移形成的光电流
ip由两部分组成,一是受光照在耗尽区内部光生载流子加速漂移产生的光电流
idr,二是受光照在耗尽区外部产生的载流子扩散形成的光电流
idi。
idr响应时间很快,
idi响应时间相对慢些,这两个具有截然不同的时间常数,其合成响应时间决定了光电二极管的响应时间。
光电二极管的等效模型:
电流源
ip:光电流;
二极管:符合理想二极管的特性;
R
D:结电阻,又称暗电阻,对大多数应用来讲,暗电阻阻值很大,流过的电流很小,可以忽略;
R
S:串联电阻,对大多数应用来讲,串联电阻阻值很小,可以忽略;
C
D:结电容,又称寄生电容
,表征二极管PN结的电荷存储效应。对二极管电路的带宽、稳定性及噪声都有巨大影响,二极管面积越大,结电容越大,二极管
反向偏置会提高PN结的耗尽区宽度,从而
降低结电容;
ep:外加偏置电压,偏置极性不同会影响光电响应的线性。
外加电压
ep产生的终端电流为:
iT=
id -
ip 。
id为理想二极管伏安特性所表征的电流,有二极管方程:
id=
iS(
eU/UT),
iS为反向饱和电流。
从下图可看到:
ep≤0时,二极管反偏,
id数值非常小,可忽略,
iT= -
ip,光电流
ip随光通量
Φe成线性变化,曲线的倾斜反映了光电二极管的响应随反向偏压的增大而变快。
ep>0时,二极管正偏,此时
id变得很明显,曲线的变化不只反映光电效应,不过曲线间的间隔是由
ip独立变化引起的,但此时受
id影响,二极管随光通量变化
呈现对数曲线。
在不加外偏压时,
id =
ip,光照时二极管输出的电压信号为:
ep=VT(ln
ip/iS)
