【FAQ】PD（光电二极管）参数解析_滨松光子学商贸(中国)有限公司

【FAQ】PD（光电二极管）参数解析

郑一哲（zyz@hamamatsu.com.cn），单小虎，黄舜宏

本网页为硅光电二极管（PD）的一些常用文件、名词解析和常见问题。有关PD彩页上的名词解释，可参考《PD彩页参数名词解释》

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| 名词解析

1. 响应速度

响应速度通常由上升时间（Rise time，tr）和截止频率（Cutoff frequency, fc）进行描述。影响响应速度的三大要素为：（1）由终端电容（Ct）和负载电阻（R_L）所决定的电路性质；（2）耗尽层外载流子的扩散时间；（3）载流子在耗尽层的渡越时间。相对于短波长光，较长波长的光通常会激发较多耗尽层外的载流子，故而其扩散时间延长，响应速度变慢。除此以外，以下三个手段是更常见的提升PD响应速度的手段：

1. 选择较低终端电容（Ct）的光电二极管。

2. 减小电路中的负载电阻（R_L）。

3. 通过加反向电压（V_R）也可以降低终端电容（Ct），最终得到更快的响应速度。(注意，暗电流随着反向电压的增加而增加。)

图1. 响应速度相关参数关系图

2. 探测下限

探测下限通常由噪声等效功率（NEP，noise equivalent power）进行描述。探测下限主要由PD在对应波长的光灵敏度、光信号的频率以及PD的噪声特性共同决定。而PD的噪声电流主要来自于三个方面：

1. 反向电压（V_R）所导致的暗电流（I_D），VR越高，暗电流越大。

2. 分流电阻（Rsh）相关的热噪声：分流电阻越高，噪声电流越低。在电路中不加反向电压（V_R）的情况下，这是最主要需要考虑的因素。

3. 光电流（信号）所产生的不可避免的散粒噪声电流。

图2. 探测下限相关参数关系图

| FAQ

[参数解析] 如何通俗地理解：反向电压升高会有利于响应速度变快？

[参数解析] 如何通俗地理解：反向电压升导致暗电流上升？

[参数解析] 许多厂家只给出结电容（Cj），这个和滨松给出的终端电容（Ct）有什么区别？

[参数解析] 滨松的上升时间（tr，rise time）和截止频率（fc，cutoff frequency）都是如何定义的？

[参数解析] 测量带宽（B）应该怎么理解？ NEW

PD-PQ001：如何通俗地理解反向电压升高会有利于响应速度变快。

加上越强的反向电压，PN结中的电场也就越强，光子所打出的载流子在电场中的加速自然更快，所以整个器件的响应速度变快。

PD-PQ002：许多其他厂家只给出了结电容（Cj）的数据，这个和滨松给出的终端电容（Ct）有什么区别？

滨松所给出的终端电容（Ct，terminal capacitance）包含了结电容（Cj，junction capacitance）和封装时所产生的寄生电容（package stray capacitance），是一个更加实用的数据。

PD-PQ003：滨松的上升时间（tr，rise time）和截止频率（fc，cutoff frequency）都是如何定义的？

在滨松的参数中，上升时间（tr）定义为信号强度从最终强度的10%上升到90%所用的时间；截止频率（fc）定义为当光电二极管接收到激光二极管等发射的正弦调制光波时，其截止频率fc定义为光电二极管的输出相比于100%输出下降3 dB时的频率。两者的关系可以用下面这个公式进行近似换算：fc=0.35/tr

PD-PQ004：如何通俗地理解反向电压升导致暗电流上升?

加上越强的反向电压，PN结中的电场也就越强，热运动所产生的载流子就更加可能被电场驱动而最终生成电流。所以反向电压越大，暗电流越大。

PD-PQ005：测量带宽（B）应该怎么理解？

PD可以用来探测幅度被调制的光信号。PD能够探测的频率（关于此处频率的通俗理解，推荐参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/19763358）是有一定范围的，故datasheet中会有截止频率(cutoff frequency)。比如对于型号S5106，截止频率为20MHz。

测量带宽B是指包含PD和外围电路（比如电阻，电容，放大器等）所组成的测量系统的带宽，比如DC~200kHz。即使实际测量的信号的调制频率为50kHz，在计算探测器探测下限的时候仍然应该将200kHz代进公式，而不是50kHz。这里还有一个启示，在设计探测器系统的带宽时，不要超过信号调制频率太多。在这个例子中，50kHz~200kHz的噪声都会进入这个测量系统。可以考虑将测量系统带宽设计为比如80kHz, 这跟200kHz相比噪声会少很多。

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