高阻抗传感器的电路分析

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光电二极管是一种利用光电效应将光能转换为电能的半导体器件。当光照射在光电二极管的PN结上时，光子会被吸收并激发出电子-空穴对。这些电子-空穴对在PN结的电场作用下被分离，形成光生电流。光生电流的大小与入射光的强度成正比，这是光电二极管实现光电转换的基础；光电二极管可以工作在两种模式下：光导模式和光伏模式。在光导模式下，光电二极管需要外加偏置电压来产生光生电流。而在光伏模式下，光电二极管可以像太阳能电池一样，利用PN结产生的内建电场来分离光生电子-空穴对，从而产生光生电压。在实际应用中，光伏模式更为常见，因为它不需要外部电源。

很多传感器的输出阻抗很大高达数兆欧姆，因此相应的信号检测电路也必须适应这种高输出阻抗的传感器信号输出。

以光电二极管前置放大器为例，在光照下会产生与光照强度成比例的微小电流，定义光电二极管灵敏度的标准之一，就是在标准光源下测得的短路光电流，光电二极管的短路光电流仅有数皮安到数百毫安。

光电二极管在两种模式下工作，零偏压模式和反偏置电压模式，如上图左右，光电压模式具有很好的线性度，光电导模式具有更高的开关速度。

上图左侧电路，将光电二极管的输出电流转变为可用输出电压的简便电路，采用低偏置电流运放构成电流电压转换电路，由于运放的虚短虚断作用，二极管的偏置电压为0V，将短路电流转变为电压信号，由于光电二极管的短路电流非常小，因而反馈电阻非常大才能使得输出电压达到毫伏级别的输出电压，在这个电路应用到运放的虚短虚断，就是默认把光电二极管两端电压认为非常小近似等于0.

右侧电路，光电二极管正极加了一个负电压，这就完全可以使用运放的虚短虚断分析，不认为光电二极管两端电压完全为0，虽然这两个电路基本不关心光电二极管两端的电压。