光电探测器前置放大电路设计概要 上海光学精密机械研究所 李国扬 此处的光电探测器，指的是将光功率转化为电流的二极管结构光电转换器件。有人认为光电探测器的应用很简单，将光电二极管的输出电流用一个电阻进行取样，就得到了电压，该电压可经过 AD 转换电路进行数字化处理。一个简单的光电探测器应用电路如下图所示： 实际上，没有如上图一样简单。 首先，上图中的光电探测器会产生一个暗电流，这个暗电流有可能会大到可以和信号电流比拟；其次，取样电阻会产生热噪声，而电阻值越大，噪声也越大。并且，10mV的信号电压未必足够大。而在光电流大小一定的情况下要提高信号电压，就需要增大取样电阻，取样电阻变大，又会增大噪声，这是一对矛盾。 进一步分析，光电探测器的PN 结有一个结电容，这个结电容和取样电阻形成一个RC 充电回路，RC 值的大小决定了光电探测器的响应速度。对于一个给定探测器，C值是随着 VCC 电压值变化而变化的。电容值随 VCC 变化典型曲线如下图。当 VCC 值不稳时（如用噪声大的开关电源给探测器做偏压），就会使结电容不稳，结电容的大小会影响响应度；这样，VCC 的噪声会通过改变结电容的大小而转化成信号的噪声。确定了探测器种类和 VCC 后，C 值就固定了，此时，减小 R 值可以减小响应时间，增大响应带宽；但是，减小 R 值又会减小响应幅度。这又是一对矛盾。 对于探测微弱信号而言，需要一个比较大的取样电阻，而取样电阻如果很大，对于后级电路来说，相当于一个大的输出阻抗，这对后级电路的处理带来了困难。如下图所示意，如果后级电路的输入电阻为 1M 欧，那么信号电压只有一半被后级放大器提取，所以，要求后级电路有很大的输入阻抗，才能尽可能多的提取信号能量。 到了这里，您可能会说，是否可以选择一种光电探测器，使它能够对光信号更为敏感，也就是说，单位光功率可以得到更大一些的光电流，这样就减轻了电路的压力。是的，有响应更大的器件。但是，增大光电响应度，在半导体工艺上需要增大光敏面积，而增大光敏面积的一个伴生效应是增大结电容。前面提到，增大结电容的坏处是降低响应速度。 一个典型的光电探测器结构图如下所示： 可以看到，一个光电探测器由一个光生电流源和一个电容构成。由 PN 结理论，增大加在光电探测器上的反偏电压，会拉长耗尽区，拉长耗尽区的结果是使结电容变小。从而得知，结电容是反偏电压的单调递减函数。 上面的结构还不能完全反映一个光...
