光電二極管是很多光學測量中最常用的傳感器類型之一。諸如吸收和發射光譜、色彩測量、渾濁度、氣體探測等應用均有賴于光電二極管實現精密光學測量。

 

光電二極管產生與照射到活動區的光量成比例的電流。大多數測量應用都需要用到跨阻放大器，以便將光電二極管電流轉換為輸出電壓。圖1顯示電路的原理示意圖。

圖1. 簡單跨阻放大器電路

 

該電路的光電二極管在光伏模式下工作，其中運算放大器保持光電二極管上的電壓為0 V。這是精密應用中最常見的配置。光電二極管的電壓與電流關系曲線十分類似于常規二極管，但前者的整條曲線會隨著光照水平的變化而向上或向下平移。圖2a 顯示典型的光電二極管傳遞函數。圖2b是傳遞函數放大后的圖形，表明哪怕在沒有光的情況下，光電二極管也會輸出少量電流。這種暗電流會隨著光電二極管上的 反向電壓增加而上升。大部分制造商在反向電壓為10 mV的前提下給出光電二極管的暗電流。

圖2. 典型光電二極管傳遞函數

 

光照射到光電二極管的活動區后，電流從陰極流向陽極。理想情況下，所有的光電二極管電流都流經圖1中的反饋電阻，產生數值等于光電二極管電流乘以反饋電阻的反饋電壓。該電路在原理上很簡單，但若要系統具備最佳性能則必須解決一些難題。