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[参考译文] OPA320:光电二极管应用狭缝

Guru**** 1831610 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA392
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1083284/opa320-photodiode-application-slang

部件号:OPA320
“线程”中讨论的其它部件:OPA392

我正在回顾卡尔多德的2014年参考设计,\(TIDU535), 我相信他在这里错误地使用了“照片传导”一词,此时他的电路对光电二极管零偏置,通常称为照片伏打,照片传导用于反向偏置探测器,  

这是许多使这种区别的引用之一,如果我错过了一些东西,而我还没有完全了解这份卡尔多姆文件,请告诉我。  

e2e.ti.com/.../All-About-Photodiodes.docx

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    此外,最近使用 OSI 光电探测器的 OPA392线程也出现了这种情况。

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1078373/opa392-transimpedance-amplifier-for-photodiode-using-osi-optoelectronics-pin-10dpi-and-opa392?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=opa392#

    小问题,但我(再次)来到这一地区,我的脑海中也出现了名字的回响——其中一部分是与 TIDU535之类的东西存在一些不一致的地方。 这是一种令人困惑的俚语,关于这篇文章的一篇好文章认为,照片是误导的,应该被称为零偏见-我同意这一点。 真正的光电-伏尔塔式探测器与真正的背面偏压光电导探测器的世界不同。 几十年前,我想起了一本 HP 关于光电二极管的书,在该书中,光电伏模式通过将检测到的反向电流仅运行到分流器 R 中来区分,从而产生一个小电压-这种电压似乎已经消失了, 但在 R 对地产生简单电压的想法可能会解释这一名称的来源。  

    如果您查看这些非常专业的 Thorlabs 光电探测器,它还没有完全消失——它们似乎只是指定了分流 R? 但很难判断,作为对传感器电容问题的技术回答,我得到了这一点。  

    https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=11319

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    迈克尔:

    光伏是指允许光电二极管像太阳能电池一样工作的情况,或者换句话说,当光电二极管的阳极具有指向阴极的正电位时,包括电压为零(零偏差)的情况。 光导性是指不允许光敏二极管像太阳能电池一样工作,或者换句话说,光敏二极管的阳极具有负电位(指阴极)。

    光电二极管由触点处的 p 掺和 n 掺杂半导体层制成。 空间荷电区域在 pn 点内形成,大多数电子位于 p - ded 接触层,n - ded 接触层中的大多数孔。 因此,损耗区正在形成,传导带中没有电子。 电场"E"由空间荷区形成,电荷区可直接指向 p-ded 层和 n-ded 层。

    当光子撞击耗尽区域时,将创建一个自由孔/电子对。 “自由”表示它从心价带推入传导带。 由于内部,光学定向的电场"E",孔/电子对被分类,孔流向成峰阳极,电子流向成负阴极。 它们都形成了所谓的“光电流”。

    当负载"R"从阳极外部连接到光电二极管的阴极时,电流(=光电流)从阳极流出(“技术”电流方向!),使阳极可以根据阴极产生正电势, 由于光电流导致负载“R”的电压降。 ("技术"电流假设自由正电荷载波形成电流。)

    这种机制被称为“光生效应”,与“光电子效应”相反,电子正在使光子击中材料。 具体而言,光生效应意味着创建免费充电载体,通过光子能量将从价带推入传导带。 在光电二极管中,它们甚至能够接触到触点。

    有趣的是,无论光电二极管是在光伏模式还是光导模式下运行,电流机制始终是相同的。 电流的“电动机”始终是同一个内部,可选定向的电场“E”,用于对孔和电流进行分类,并使其流向相反触点。 唯一的区别是损耗区的宽度和电场“E”的强度以及相关的影响,如接点电容,暗电流,量子效率,a.s.o。

    只有当您将高正向电压从阳极连接到阴极时,电流才会不同。 然后,光电二极管开始像一个简单的二极管那样工作,正向电流主导光电流。 正向电流由光电二极管内部从阳极流向阴极。 但是,如果只有光电流流动,它将始终从阴极内部流向阳极。 然后,电流方向与蓄电池或蓄能器中的电流方向相同,化学过程会产生 EMF,并迫使内部电流从负极流向正极, 电池外部的电极从正极流回负极。

    值得注意的是,安装在零偏置 TIA 中的光电二极管确实在光伏模式下运行。 不仅因为零偏置是根据定义表示光伏模式,而且由于真实 TIA 的非理想,有限的开环增益,光电二极管(至少从理论角度看)始终在正向运行。 当然,在良好的 TIA 中,正向电压将为零。 此外,不应忘记 TIA 的输入偏移电压(及其输入偏置电流),这通常会主导 TIA 有限开路增益所导致的所需输入电压。

    在以下模拟中,假定理想的 OPAMP 具有零输入偏移电压和零输入偏置电流,但80dB 的极低开路增益非常非理想,以更好地演示有限开路增益对 TIA 中零偏置光电二极管极化的影响:

    e2e.ti.com/.../michael_5F00_photodetector.TSC

    左侧和右侧显示相同的情况。 为了获得更好的演示效果,连接了光电二极管,以使 TIA 输出电压为负电压。 正如您所看到的,光电二极管确实正向连接  

    是的,我知道这是不可能的,但也许有限开环增益的这种效应是为什么在零偏置 TIA 中操作被称为光伏模式的原因? 至少,这有助于我记住零偏置被称为“光伏模式”。

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    感谢 Kai 的所有细节,最后你在运算放大器的 V 节点上展示了阳极,然而所有光伏发生器二极管制造商都显示出这种情况相反?  

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    迈克尔:

    没有什么大差异。 光电二极管仍正向连接:

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    我一发出信号,我就认为其中一个极性可能正常,电流从阳极中出来,在运算放大器反相输入上的阴极将提供正向输出电压,这正是您对单电源实施的要求。  

    再次感谢 Kai 的所有细节,除非有人管我,否则我将继续假设 Caldwell 的参考设计中的“光导”标签应该是光伏的,因为零偏差。 阅读供应商的文献,零偏差的优势不是暗电流,其缺点是源 C 要高得多,这会推高所需的运算放大器英镑(和 ICC)以获得所需的收益。  

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    迈克尔和凯:

    有趣且 很好的讨论!

    每当我进行光度测量时,光敏二极管总是反向偏置,以提高线性度。 为了模拟目的,光电二极管和光导体的操作模式考虑或处理得更少...  

    下面是 Thorlabs 关于该主题的应用说明。   

    https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=9020

    最佳

    雷蒙德

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    是的雷蒙德,我与 Thorlabs 应用程序进行了私人通信,他们似乎认为传感电阻器是使用这种方法的方法。 我想知道这一点——当您因检测到的电流而让电压积聚时(我猜是光电伏) 这将导致探测器电容和暗电流发生变化——很容易避免使用互阻抗电路的虚拟接地,我在其他供应商推荐的光伏探测器设计中看到了这一点。我将提出第二个问题,也许我会开始新的线程。 对于光电二极管,在极高的射频设计中使用斩波器电流是否正常?  

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    迈克尔:

    这种带有如下所示负载电阻器的电路对于物理专家或光学通信中的“事件检测”可能有意义,但对于精确的光电平测量来说根本没有意义,特别是在低光电平应用中。 良好的 TIA 可以避免的所有缺点都将困扰您。