我一直想知道小時候電視遙控器是如何工作的。拿到第一部照相手機后，我意識到手機的照相機對大多數遙控器上的紅外LED都很敏感，并且電視必須具有相同類型的檢測器。這是光電二極管電路發揮作用的地方，它使電視可以接收和解碼來自遙控器的調制紅外信號。

除了改變電視的音量外，光電二極管還有許多用途。無論您使用什么應用程序，都需要了解光電二極管如何產生一些電流以及如何設計使用該電流的電路。

光電二極管如何工作？

從最簡單的意義上講，光電二極管是光電元件，這意味著它們將光轉換為電。在沒有光源的情況下，也可以用電壓驅動它們以產生少量電流。一旦光擊中了光電二極管，電流就會大大增加，類似于太陽能電池。如果查看光電二極管的電流-電壓曲線，則其形狀與太陽能電池的電流-電壓曲線相同。這樣，光電二極管的作用就像簡單的光傳感器，可以通過施加電壓來控制靈敏度。

當光電二極管在沒有照明的情況下以一定電壓驅動時，其行為將類似于典型的整流二極管。在低施加偏壓下，會有少量的飽和電流（稱為暗電流）流過器件。就像典型的二極管一樣，光電二極管在反向偏置時具有一定的擊穿電壓。

一旦光電二極管被照亮，器件的性能就取決于是否有施加到光電二極管的偏壓以及極性。器件的IV曲線將隨施加的電壓成比例。光電二極管有兩種工作模式：光伏模式（在正向偏置下運行）和光電二極管模式（在反向偏置下運行）。在這兩種情況下，都可以使用以下公式計算電流：

其中P是光源（W）的光功率，R是光電二極管（A / W）的響應度。注意，該方程式中的其余參數與典型整流二極管中的參數具有相同的含義。

為您的PCB選擇光電二極管

為PCB選擇光電二極管時，需要考慮許多操作參數。以下是一些要考慮的最重要的光電二極管參數：

l 響應度：這是對落在設備上的每瓦光功率產生的電流的度量。響應度實際上是一個光譜，這意味著它是入射光波長的函數。這是光電二極管將產生電流的波長范圍。作為示例，硅光電二極管通常對大約200 nm（UV）至大約1100 nm（IR）范圍內的波長敏感。響應度將在整個波長范圍內變化。

l 分流電阻：這是施加零偏壓時光電二極管的電流-電壓曲線的斜率。理想的光電二極管應具有無限大的分流電阻，但實際分流電阻的范圍可以在10到1000兆歐姆之間，因此最好的光電二極管具有最高的分流電阻。

l 飽和電流：這與分流電阻有關，并且等于在反向偏置（0 V和反向擊穿電壓之間）下運行時的電流。分流電阻通常使用歐姆定律參考10 mV電源電壓和飽和電流定義。

l 端子電容：確定光電二極管的瞬態響應時間。與負載電阻結合使用時，上升時間等于RC時間常數。

l 響應溫度系數：隨著光電二極管溫度的變化，特定波長下的響應度也會變化。隨著溫度的升高，由于能帶變窄，響應光譜中的峰將顯示紅移。

設計光電二極管電路

光電二極管有許多應用，而您需要構建的確切電路將取決于所需的應用。最簡單的光電二極管電路之一是光傳感器。這涉及將光電二極管的輸出連接到運算放大器的反相輸入，并且在輸出和運算放大器的輸入之間連接一個反饋電阻。這實質上將電流從光電二極管轉換為電壓，其中輸出電壓等于光電二極管電流乘以反饋電阻。在這種情況下，您無需將光電二極管置于偏壓下。

注意，光電二極管也可以用于接收以調制光脈沖編碼的數字數據。這通常是通過對光源應用脈沖寬度調制或幅度調制來完成的。對于脈沖寬度調制，您將需要考慮光電二極管和放大器的頻率限制，因為這會限制最大數據速率。光電二極管的頻率限制與其響應時間有關（請參見上面的端子電容）。通常將最大響應頻率作為具有特定上升時間的數字脈沖的拐點頻率。該頻率等于0.35 /（響應時間）。

特定類型的稱為雪崩光電二極管的光電二極管專門設計用于在接近反向擊穿電壓的反向偏置下工作。實際上，這會使光生載流子的數量成倍增加，從而在照明過程中產生一定的電增益。這種類型的光電二極管在處理弱光信號時非常有用，并且比在反向擊穿電壓附近簡單運行標準光電二極管更耐用。

為了下次更輕松地設計光電二極管電路，請將所有模擬電路遠離（嘈雜的）數字電路。接下來，應將為模擬和數字電路供電的平面分開。這些平面通常連接在機箱或板上的某處，但將它們分開會使噪聲遠離模擬電路。