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單片機開發(fā)光學檢測器使用哪些光電二極管偏置？
光學系統(tǒng)將需要某種檢測器，光電二極管是用于將輸入光轉換為電信號的標準檢測器元件。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，它也是一個光檢測器，光電二極管中的輸入光會產生電流。
當設計一個電路來收集和測量來自光電二極管的電流時，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備對輸入光的響應方式，即輸出電流是線性還是非線性。當您需要將光電二極管集成到標準檢測和測量電路中（例如，使用放大器）時，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
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，請看一下標準二極管方程，其中輸入光的光功率為P時產生額外的電流。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度（以A / W為單位）。光電二極管中的剩余量在標準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。
請注意，所有光電二極管都具有一定的輸入光強度，在該強度下非線性效應開始變得明顯，并且上述方程式假設我們以線性光學響應但具有非線性電響應進行操作。
輸入光功率在光電二極管結中產生一些電子，然后這些電子以反向偏置（因此為負號）從結移開。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。通過利用碰撞電離的增益，當光電二極管接收到微弱的光信號時，二極管可以輸出非常大的電流，但是光電二極管的響應是非線性的
0 <V <-V B（光電導模式）。在該區(qū)域中，離開光電二極管的電信號所看到的電容較低，因此該設備可以更快的速度運行。缺點是暗電流較大（即本底噪聲較高）。在此光電二極管偏置范圍內，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，時域響應變慢，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)域還用于為設備擴展負載線，以使輸出在特定光電二極管偏置下具有最大電流。
如何應用光電二極管偏置
在設計光電二極管電路時，偏置的施加并不取決于收集和讀取光電二極管信號的方式。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)，只需將電壓源翻轉即可。
確保線性輸出電流
即使光電二極管是光學線性電路，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載線來設計光電二極管。通過調整電阻器的值，您可以提取一系列輸入光強度值，其中輸出電流是線性的。