在用于光檢測的固態(tài)檢波器中，光電二極管仍然是基本選擇。光電二極管廣泛用于光通信和醫(yī)療診斷。其他應用包括色彩測量、信息處理、條形碼、相機曝光控制、電子束邊緣檢測、傳真、激光準直、飛機著陸輔助和導彈制導。
設計過程中，經常會優(yōu)化用于光電模式或光敏模式的光電二極管。響應度是檢波器輸出與檢波器輸入的比率， 是光電二極管的關鍵參數。 其單位為 a/w 或 v/w。
前置放大器在高背景噪聲環(huán)境中提取傳感器生成的小信號。 光電導體的前置放大器有兩類：電壓模式和跨導（圖 2）。
圖 3c 所示的跨導放大器結構產生的精密線性傳感性能是通過“零偏壓”光電二極管實現的。在此配置中，光電二極管發(fā)現輸出間存在短路，按照公式 3 （isc =ilight），基本上不存在“暗”電流。
光電二極管暴露在光線下且使用圖 2c 的電路時，電流將流到運算放大器的反相節(jié)點，如圖 3 所示。若負載（rl）為 0 ω且 vout = 0 v，則理論上光電二極管會出現短路。實際上，這兩種狀況都絕對不會出現。rl 等于 rf/aopen_loop_gain，而 vout 是放大器反饋配置施加 的虛擬地。
圖 4所示電路是一個高速光電二極管信 號調理電路，具有暗電流補償功能。系統(tǒng)轉換來自高速硅pin光電二極管的電流，并驅動20 msps模數轉換器（adc）的輸入。該器件組合可提供400 nm至1050 nm的頻譜敏感度和49 na的光電流敏感度、91 db的動態(tài)范圍以及2 mhz的帶寬。信號調理電路采用±5 v電源供電，功耗僅為40 ma，適合便攜式高速、高分辨率光強度應用，如脈搏血氧儀。
光電二極管工作時采用零偏置（光伏）模式或反向偏置（光導）模式。光伏模式可獲得最精確的線性運算，而讓二極管工作在光導模式可實現更高的開關速度，但代價是降低線性度。在反向偏置條件下，存在少量的電流（稱為暗電流），它們甚至在沒有光照度的情況下也會流動?？稍谶\算放大器的同相輸入端使用第二個同類光電二極管消除暗電流誤差，如圖4所示。
圖4. 具有暗電流補償功能的光電二極管前置放大器系統(tǒng)（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）
本電路還適合其它應用，如模擬光隔離器。它還能滿足需要更高帶寬和更低分辨率的應用，如自適應速度控制系統(tǒng)。
本電路筆記討論圖4中所示電路的優(yōu)化設計步驟，以滿足特定帶寬應用的要求，這些步驟包括：穩(wěn)定性計算、噪聲分析和器件選擇考慮因素。
光電二極管屬于高阻抗傳感器，用于檢測光的強度。它沒有內部增益，但相比其它光檢測器，可在更高的光級度下工作。
有三個因素影響光電二極管的響應時間：
處于光電二極管耗盡區(qū)域內載波的充電采集時間
處于光電二極管未耗盡區(qū)域內載波的充電采集時間
二極管電路組合的rc時間常數
由于結電容取決于光電二極管的擴散區(qū)以及施加的反向偏置，采用擴散區(qū)較小的光電 二極管并施加較大的反向偏置即可獲得更快的上升時間。在 cn-0272電路筆記中，采用 sfh 2701 pin光電二極管，其結電容典型值為3 pf，0 v偏置下的最大值為5 pf.1 v反向偏置時的典型電容為2 pf，5 v 反向偏置時為1.7 pf.本電路的測量均在5 v反向偏置下進行。
圖5 光電二極管電路的噪聲電路分析
該軟件環(huán)境提供了光電二極管的 labview跨導模型，允許根據設計示例中使用的具體光電二極管進行定制（圖 5a）。必須先運行仿真，再構建任何板卡。由于噪聲增益路徑（圖 5b）中引入了零點，所以可能會出現不穩(wěn)定。multisim 仿真說明了噪聲增益路徑中引入零點造成的不 穩(wěn)定（圖 5b）。改變反饋電阻上的電容會影響可用的帶寬（圖 5c）。
如上文所述，必須在反饋電阻上放置 2 pf 電容來引入一個極點，從而取消此零點。 2 pf 反饋電容是理論值。 可以分析不同值對設計電路可用帶寬的影響（圖 5c）。還可以通過監(jiān)控輸出來校驗電路帶寬，其-3 db 帶寬為 1 khz。