光电二极管，是一种在很多光学测量中都很常用的传感器类型。诸如吸收和发射光谱、色彩测量、浑浊度、气体探测等应用都十分依赖于光电二极管来实现精密光学测量。

光电传感稳步发展，光电二极管规模继续增长

物联网产业的快速发展将智能化带入了各个领域，智能工业、智能交通、智能电网、智能可穿戴设备等领域让光电传感器获得了不小的机遇。不管是自动控制、信息传感还是射频等技术，都需要光电传感器作为基础器件。

根据共研网公布的数据，2021年中国光电传感器产量和需求量分别为67.7亿只和111.4亿只，2022年中国光电传感器产量和需求量预期分别达到80.2亿只和130.9亿只，2022年国内光电传感器市场规模也将突破600亿元。

作为光电传感器重要细分类别的一类产品，光电二极管传感市场规模在近几年也呈现出稳步增长的趋势。根据贝哲斯测算数据，2021年全球光电二极管市场总规模达到43.09亿元，中国光电二极管市场规模达到13.11亿元，占全球光电二极管市场总份额的30.42%。未来几年光电二极管将以7.14%的复合年增长率稳步增长，预计在2027年全球光电二极管市场总规模将会达到65.26亿元。

光电二极管的工作原理

光电二极管是pn结或PIN配置。 如果光子撞击二极管，它将产生电子和带正电的空穴。 当在结的耗尽区发生任何吸收时，这些载流子已从该耗尽区的内置区域捕获在结中，从而产生了光电流。

光电二极管在反偏压下或无偏压下被广泛使用。 光或光子可以驱动电流流过该电路，从而产生正向偏置，从而导致从反方向到光电流的“暗电流”。 这被称为自然效应，可以作为太阳能电池设计的基础。 太阳能电池板只是多个有效光电二极管的组合。

反向偏置会沿完全相同的方向产生较小的电流。 除此之外，光电二极管的噪声较小。

雪崩光电二极管具有类似的预先布置，但通常在更大的反向偏置下运行。 这样一来，每个由光产生的提供者就可以与雪崩击穿次数相乘，从而导致光电二极管的内部效应，并提高器件的整体响应度。

光电二极管的材料

1、硅2、锗3、硫化铅

用于构造光电二极管的材料对于描述其性能非常重要，因为只有具有适当能量的光子才能激发带隙中的电子，并能够产生大量的光电流。

重要的是要记住，基于硅的光电二极管具有更大的带隙，因此，与基于锗的光电二极管相比，它能够产生更少的噪声。

由于晶体管和IC也是由半导体材料制成的，并且包含pn结，因此可以像光电二极管一样工作。 这是不可接受的，必须使用不透明的外壳才能消除这种影响。 尽管这些对于高能辐射并不是完全不透明的，但仍可能导致IC因感应的光电流而发生故障。

光电二极管电路设计的影响

选择合适材料的光电二极管后，需要在电路设计中与其他元件配合以便将光电二极管电流转换为输出电压。光电二极管电路主要以三种模式工作，光伏模式、光电导模式以及雪崩二极管模式。

光伏模式产生的电压将具有非常小的动态范围，并且具有非线性特性。光电二极管在这种模式下工作其伏安特性随温度的变化非常小，是精密应用中比较常见的配置。这种模式不经过软件校准和交流耦合很容易产生很多暗电流，需要在运算放大器的选择上重点考量输入失调电压范围。另一方面，除了材料选择会影响噪声水平，放大器的噪声也会影响整个电路噪声，光电二极管放大器增益越大对噪声的抑制越有效。

光电导模式可以大大缩短光电二极管的响应时间并减少结电容，达到极快的速度，但是这种工作模式的噪声也会大很多。雪崩二极管模式下的光电二极管在高反向偏置条件下工作，这种工作模式光电二极管有极大的内部增益，能够在反向偏压下提供数十至数百倍的信号。

文章来源： 电子发烧友网，华强电子网