感測器與訊號調理

光二極體(photodiode)

/ FOH-toh-DY-ohd /

光二極體是被改造成測光表的二極體。一般二極體用黑色塑膠密封,正是要讓光照不到它的接面;光二極體開一扇透明窗,理由恰好相反。當光落在它的 PN 接面上,光子把電子撞鬆,便流出一個小電流。光越強、電流越大——一種非常誠實、線性的「亮度轉成數字」。

關鍵事實是:光二極體產生的是電流而非電壓,而且這電流在極大範圍內(亮度跨越許多數量級)與照到它的光成正比。電流很小:典型零件每瓦入射光約給 0.5 安培,而真實訊號常是奈安到微安。由於電流不便直接讀,光二極體幾乎總要搭配一個轉阻放大器——一顆把電流轉成正比電壓的運放。讓二極體逆向偏壓(光導模式)以求速度,或零偏壓(光伏模式)以求最低雜訊與失調。光電晶體是它的表親,內建增益:較靈敏,但較慢、較不線性。

為何重要:光二極體是無數系統的眼睛——血氧儀、雷射功率計、光纖接收器、條碼掃描器、相機測光、以及每支電視遙控器的接收端。誠實的提醒:原始電流極小,所以轉阻級的雜訊、偏壓電流與雜散電容會主宰效能,需要小心;二極體也會回應自身的暗電流與你看不見的紅外光,因此濾光片與良好屏蔽很重要。把電流轉電壓做對,光二極體會是你用過最線性的感測器之一。

一顆光二極體被小燈照亮,產生 2 微安電流。把它送進一個回授電阻 1 MΩ 的轉阻放大器,輸出變成 2 uA times 1 MΩ = 2 V。把光加倍到 4 uA,輸出乾淨地加倍到 4 V——電流進、正比電壓出。

光生電流;轉阻放大器把它變成電壓。

光二極體是電流源而非電壓源——想用電阻量它的電壓既非線性又吵。用轉阻放大器把它的電流轉成電壓,才能得到它著名的乾淨線性反應。

又称
photodetector光檢測器光偵測二極體