光信号放大和开关电路
2.3、光敏二极管应用与检测
光敏二极管工作时加有反向电压，没有光照时，其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。当有光照时，就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强，该亮电流就越大。光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管。测量光敏二极管时，先用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口，然后用万用表的R×1k档其正、反向电阻。正常时，正向电阻值在10~20kΩ之间，反向电阻值为∞（无穷大）。再去掉黑纸或黑布，使其光信号接收窗口对准光源，正常时正、反向电阻值均会变小，阻值变化越大，说明该光敏二极管的灵敏度越高。
2.4、主要技术参数
1.最高反向工作电压； 2.暗电流 3.光电流； 4.灵敏度； 5.结电容； 6.正向压降； 7.响应时间； 主要特性曲线图：
第3章 光电检测电路电路设计
3.1、 光检测电路的基本组成和工作原理
设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个
CMOS输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。这种方式的单电源电路示于图1中。
在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻RF。输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。
图中的放大系统将电流转换为电压，即
VOUT = ISC ×RF （1）
图1 单电源光电二极管检测电路
式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。 用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。用这个模拟程序，激励信号源为ISC，输出端 电压为VOUT。
此例中，RF的缺省值为1MW ，CRF为0.5pF。理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。给出这些值后，传输函数中的极点等于1/（2p RFCRF），
即318.3kHz。改变RF可在信号频响范围内改变极点。
遗憾的是，如果不考虑稳定性和噪声等问题，这种简单的方案通常是注定要失败的。例如，系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出，更坏的情况是电路可能会产生振荡。如果解决了系统不稳定的问题，输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。
实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。第二是分析稳定性。然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声，根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。
3.2、 光检测电路的SPICE模型
1、光电二极管的SPICE模型
一个光电二极管有两种工作方式：光致电压和光致电导，它们各有优缺点。在这两种方式中，光照射到二极管上产生的电流ISC方向与通常的正偏二极管正常工作时的方向相反，即从负极到正极。
光电二极管的工作模型示于图2中，它由一个被辐射光激发的电流源、理想的二极管、结电容和寄生的串联及并联电阻组成。
图2 非理想的光电二极管模型
当光照射到光电二极管上时，电流便产生了，不同二极管在不同环境中产生的电流ISC、具有的CPD、RPD值以及图中放大器输出电压为0~5V所需的电阻RF值均不同，例如SD-020-12-001硅光电二极管，在正常直射阳光（1000fc［英尺-烛光］）时，ISC=30m A、CPD=50pF、RPD=1000MW 、RF=167kW ;睛朗白天（100fc）时，ISC = 3m A、CPD=50pF、RPD= 1000 MW 、RF=1.67MW ;桌上室内光（1.167fc）
