光电二极管电荷灵敏前置放大器设计
光电二极管及其放大电路设计
光电二极管及其放大电路设计引言：光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
光电二极管通过光电效应实现光信号的转换，而放大电路则能够对光电二极管输出的微弱信号进行放大，提高信号的可靠性和稳定性。
本文将介绍光电二极管的基本原理和构造，并探讨光电二极管放大电路的设计。
一、光电二极管的基本原理光电二极管是一种基于光电效应工作的半导体器件，它的工作原理与普通二极管类似。
当光照射到光电二极管的PN结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，产生电流。
这种光电效应使得光电二极管能够将光信号转换为电信号。
二、光电二极管的构造光电二极管由PN结和外部电路组成。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，形成了一个具有电势垒的界面。
当光照射到PN 结时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，形成电流。
外部电路则用于接收和处理光电二极管输出的电信号。
三、光电二极管的放大电路设计为了提高光电二极管输出信号的可靠性和稳定性，常常需要设计放大电路对其进行放大。
光电二极管放大电路主要包括前端放大电路和后端放大电路。
1. 前端放大电路前端放大电路主要用于对光电二极管输出的微弱电信号进行放大和滤波，以提高信号的强度和稳定性。
常用的前端放大电路有共基极放大电路、共射极放大电路和共集电极放大电路等。
这些放大电路能够将光电二极管输出的微弱信号放大到适合后续处理的幅度。
2. 后端放大电路后端放大电路主要用于进一步放大前端放大电路输出的信号，并进行滤波和调理，使得信号能够更好地适应后续电路的要求。
常用的后端放大电路有差动放大电路、共模放大电路和运放放大电路等。
这些放大电路能够进一步放大信号，并对其进行滤波、放大和调理，以满足特定的应用需求。
四、光电二极管及其放大电路的应用光电二极管及其放大电路广泛应用于光电转换、通信、遥感等领域。
在光电转换领域，光电二极管可用于测量光强、光功率、光谱等参数。
一种微弱光信号前置放大电路设计
来源：华强电子网1 光电检测电路的基本构成光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。
这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。
其光电检测模块的组成框图如图1所示。
2 光电二极管的工作模式与等效模型2．1 光电二极管的工作模式光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。
图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。
事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。
而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。
因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。
一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。
本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。
2．2 光电二极管的等效电路模型工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示，它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。
图中，IL 为二极管的漏电流；ISC为二极管的电流；RPD为寄生电阻；CPD为光电二极管的寄生电容；ePD为噪声源；Rs为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降，故为零偏置。
在这种方式中，影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD，它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。
用于APD激光探测的电荷灵敏前置放大器设计
万方数据万方数据激光与红外Ｎｏ．１２０１１徐伟等用于ＡＰＤ激光探测的电荷灵敏前置放大器设计２９对转换后的电压信号进行放大。
与电流灵敏前置放大器不同的是，它无法保留输入电流信号的形状特征。
反馈电阻Ｒ，起释放电荷的作用，释放时间满足公式：ｆ＝Ｒ卢，。
尺，太小会增加噪声，太大无法按时释放电荷。
只要使得释放时间小于激光脉冲周期即可，一般取值几十到几百兆欧姆量级。
整个电荷前置放大器的增益可以表示为：Ａ＝ｇ。
尺ｄ・Ｇ（４）式中，ｇ。
是ＪＦＥＴ的跨导；Ｒｄ是漏极电阻；Ｇ是运放的开环增益。
图３电荷灵敏前置放大器放大器输出电压可以表示为：一¨ｉ。
＝罟（忐）（５）式中，ｃｉ包括ＡＰＤ结电容、放大器的输入电容和引线分布电容。
由于放大器的增益Ａ》１＋ｃ／ｃｓ，所以式（５）可以简化为：ｐ矽ｗｔ２玄（６）由式（６）可以看出，输出电压仅仅决定于ｃｚ与Ｑ的大小，只要ｃｆ值稳定，输出电压与输入的电荷信号成正比关系。
放大器输出电压不受ＡＰＤ结电容，运放输入电容、运放增益等参数的影响，稳定性更高。
激光脉冲持续时间极短，可以近似为冲激响应。
对于单个脉冲，ＡＰＤ在某一时间内产生的电荷量可以表示为：ｌＱ＝Ｉｉ，ｄ。
，０≤￡≤ｔ。
，０≤ｉ。
≤ｉｅ（７）ｂ式中，ｉ。
是激光脉冲在时刻ｔ时的电流值；ｔ。
是激光脉冲的持续时问；ｉ。
为激光脉冲的电流峰值。
由式（７）可以看出，电荷量的积累时间，即输出电压的上升时间与激光脉冲的持续时间相一致。
当ｔ＝ｔ。
时，Ｑ达到峰值，即输出电压ｐ。
达到峰值。
假设激光脉冲宽度ｔ。
为５０ｎｓ，反馈电容ｃｆ为１ｐＦ，对于大小为５ｎＡ的暗电流，被积分后对应的误差电压最大值仅为０．２５ｍＶ。
４实验测试实验中采用重复频率１０ｋＨｚ，脉宽３１．２５ｎｓ，波长９０５ｎｍ的激光束作为探测目标，硅传感器公司ＡＤ５００—９型号的ＡＰＤ作为探测元件。
整个实验在室温下进行，没有对ＡＰＤ进行低温处理。
图４是电荷前置放大器的输出脉冲波形。
输出信号电压峰值７０ｍＶ，衰减时间１４０Ｉｘｓ。
光电二极管前置放大器的频率特性
光电二极管前置放大器的频率特性
光电二极管前置放大器的频率特性
由于光电二极管的输出电流比较微弱，所以在必需大的输出电压eo 时，如果光输出电流ip 一定，则应将负载电阻rl 变成高电阻。
但光电二极管的耦合间电容cd 的值为数十pf 很大。
所以所获得的频率幅度fb 下降为：
现实中此电路不能使用。
图1 将光电二极管的光输出电流变换成电压
因此，作为光传感器用放大器，要扩大其频带，使用图2 的op 放大器的电流输人型前置放大器电路很常见。
如果是这样的电路构成，则通过虚地使电容cd 短路，应该能够宽带化．
图2 测壁由op 放大器组成的光传感器放大器的频率特性
但是，这是op 放大器的开环增益无限大时的情况。
由于被相位补偿的通常的op 放大器其高频域的增益很小，所以实际的输人电阻ri 上升为：
此上升方式与线圈l 的阻抗一频率特性ωl相类似。
因此，如果将此和电容cd 并联连接，则在电路的频率特性上会产生峰值。
此峰值的频率fp 为：ft 是所使用的op 放大器的单位增益带域幅度，fc 是电路的截断频率。
此时的fc 为：
例如在ft＝1mhz 的op 放大器上，cd＝0.01μf、rl＝1ookω时的峰值频率fp 变为12.6khz。
硅光电二极管与电荷灵敏前置放大器在中微子实验中的设计应用研究
硅 光 电 二 极 管 与 电 荷 灵 敏 前 置 放 大 器 在 中 微 子 实 验 中 的 设 计 应 用 研 究
张 志 勇 刘 正 山 ， ， 程 昶 李 ，
（中 国辐 射 防 护 研 究 院 ， 西 太 原 山 北京 ９８ 箱 １信
金 刘 延 石 峰 王 子 敬。 ， ， ，
用 来 测 量 Ｃ ｌＴ１ 受 照 射 后 释 出光 子 ， 以 ， ｓ（ ） 所 对
收 稿 日 期 ：０ １ ０ — Ｉ ２ ０ — ５２
作者 简 介 ： 志勇 （ ９ ７ ） 男 ， 张 １ ５ 一 ， 山东 阳 谷 人 ，中 国辐 射 防护 研 究 院 副研 究 员 ， 主要 从 事 棱 电子 学 棱 辐射 监 测 、 仪 器研 制 等方 面 的工 作 。 探 测 器 第 五 届专 棱 校 业 委 员 会委 员 。
０ 引 言
在 近 十年 中 ， 硅 光 电二 扳 管 和前 置 放大 将
为 实 验 对 象 用 来 研 究 中 微 子 的作 用 影 响 。 为 作 长 期 目标 将 扩展 到 对太 阳 中 微 子 的 实 验 研 究 。 在 台 湾 中 微 子 实 验 前 期 工 作 中 ， Ｓ Ｄ 以 Ｐ
质 的光 子 。 基 于 上 述 设 计 考 虑 ， 何 利 用 Ｓ Ｄ有 效 地 如 Ｐ
研 院 物 理 所 组 织 开 展 ， 有 我 们 几 个 单 位 和 美 并 国 马 里 兰 大 学 参 与 协 作 的 科 研 项 目。 项 目于 该 １ ９ 年 开 始 ， 期 目标 是 研 究 设 计 可 行 的 中 鞭 ９７ 前 子 检 测 设 备 和 手 段 ， 制 作 一 个 ５ Ｏ ｇ的 ｃ 并 Ｏｋ Ｓ （ ）晶 体 量 热 计 。 台 湾 的 ２ 核 电 站 反 应 堆 ＴＩ 以 号
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
For personal use only in study and research; not for commercial useoo•二极管及其相关的前置放大器是基本物理量和电子量之间的桥梁。
许多精密应用领域需要检测光并将之转换为有用的。
光检测电路可用于CT扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置、红外高温计和色谱分析仪等系统中。
在这些电路中，光电二极管产生一个与照明度成比例的微弱电流。
而前置放大器将光电二极管传感器的电流输出信号转换为一个可用的电压信号。
看起来好象用一个光电二极管、一个放大器和一个电阻便能轻易地实现简单的电流至电压的转换，但这种应用电路却提出了一个问题的多个侧面。
为了进一步扩展应用前景，单还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面出新的限制。
本文将分析并通过模拟验证这种典型应用电路的稳定性及噪声性能。
首先探讨电路工作原理，然后如果读者有机会的话，可以运行一个SPE模拟程序，它会很形象地说明电路原理。
以上两步是完成设计过程的开始。
第三步也是最重要的一步（本文未作讨论）是制作实验模拟板。
1 光检测电路的基本组成和工作原理设计一个精密的光检测电路最常用的方法是将一个光电二极管跨接在一个输入放大器的输入端和反馈环路的电阻之间。
这种方式的单电源电路示于图1中。
在该电路中，光电二极管工作于光致电压（零偏置）方式。
光电二极管上的入射光使之产生的电流ISC从负极流至正极，如图中所示。
由于CMOS放大器反相输入端的输入阻抗非常高，二极管产生的电流将流过反馈电阻。
输出电压会随着电阻RF两端的压降而变化。
图中的放大系统将电流转换为电压，即VOUT = ISC ×RF （1）图1 单光电二极管检测电路式（1）中，VOUT是运算放大器输出端的电压，单位为V;ISC是光电二极管产生的电流，单位为A;RF是放大器电路中的反馈电阻，单位为W 。
图1中的CRF是电阻RF的寄生电容和电路板的分布电容，且具有一个单极点为1/（2p RF CRF）。
电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计_肖海军
第43卷第2期激光与红外Vol．43，No．2 2013年2月LASER＆INFRARED February，2013文章编号：1001-5078（2013）02-0190-05·电子电路·电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计肖海军，张流强，肖沙里，李先仓，黄振华（重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400030）摘要：在高灵敏度光电探测领域，常常采用雪崩二极管（APD）等高增益探测器，这些探测器通常需要上百伏的工作电压，因此电源噪声对探测器的性能影响很大。
针对单光子探测的需要，论文提出了一种电荷灵敏前置放大器消除电源噪声的设计，通过采用匹配的差分输入，可以有效抵消电源的共模噪声。
论文首先对APD探测器在不同偏压下的结电容进行测试，然后采用可调电容对APD电容进行匹配，用MultiSim对提出的电路进行了仿真分析，最后制作实验电路进行了测试和验证。
结果表明：差分输入电荷灵敏前置放大器能够有效消除电源噪声（包括低频噪声和高频噪声），实现高灵敏度的光探测。
关键词：电荷灵敏前置放大器；APD；差分放大；Multisim仿真；电源噪声中图分类号：TN29文献标识码：A DOI：10．3969/j．issn．1001-5078．2013．02．016Power supply denoising design for charge-sensitive preamplifierXIAO Hai-jun，ZHANG Liu-qiang，XIAO Sha-li，LI Xian-cang，HUANG Zhen-hua （Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems attached to Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing400030，China）Abstract：High gain photon detectors such as avalanche photo diode（APD）are widely used for high-sensitivity photondetection．However，the high voltage applied to these detectors often makes serious noise．In order to perform high-sen-sitive photon detection，an innovative denoising design for charge-sensitive preamplifier is proposed，which can reducethe power-supply noise by differential amplification．Firstly，the junction capacitance of APD is tested under variousbias voltages．Then capacitance matching is made with an adjustable capacitor and circuit simulation is performed withMultisim software．Finally the fabricated circuit is tested．It is shown that the charge-sensitive pre-amplifier with differ-ential input can significantly reduce the power-supply noise（both low frequency and high frequency）and realize highsensitivity．Key words：sensitive charge preamplifier；APD；differential amplification；Multisim simulation；power-supply noise1引言高灵敏度光探测器在成像、光谱和光通讯领域有着广泛的应用，随着应用需求的发展，高速和高灵敏度光探测器越来也受到业界的重视，其最新发展就是以单光子探测为标志的新型光探测技术。
光电二极管及其放大电路设计
光电二极管及其放大电路设计引言：光电二极管作为一种常见的光电转换元件，具有灵敏度高、响应速度快等优点，在光电传感、光通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍光电二极管的原理和特性，并详细说明光电二极管放大电路的设计过程。
一、光电二极管的原理和特性光电二极管是一种PN结构的半导体器件，其工作原理基于内部光电效应。
当光照射到PN结上时，光子激发了半导体材料中的载流子，使得PN结两侧形成电势差，从而产生电流。
光电二极管的响应频率范围广泛，从红外到紫外均可覆盖。
光电二极管具有以下特性：1. 高灵敏度：光电二极管能够转换光信号为电信号，其灵敏度高于一般的光敏元件。
2. 快速响应：光电二极管的响应速度快，能够实现高频率的光信号检测和转换。
3. 低噪声：光电二极管的噪声水平较低，能够提供较为清晰的信号输出。
4. 宽波长范围：光电二极管的响应波长范围广，可用于各种光学应用。
二、光电二极管放大电路设计为了提高光电二极管的信号输出，常常需要设计放大电路来增强信号的幅度和稳定性。
以下将介绍光电二极管放大电路的设计步骤。
1. 选择适当的放大电路类型根据应用需求和光电二极管的特性，可以选择不同类型的放大电路，如共射放大电路、共基放大电路和共集放大电路等。
其中，共射放大电路是最常用的一种，具有较高的电流增益和输入阻抗。
2. 确定电路元件参数根据光电二极管的特性和输入信号的要求，确定放大电路的电路参数，如电阻、电容和功率源等。
通过计算和仿真，可以获得最佳的电路参数组合。
3. 进行电路布局和连接根据电路设计原理，进行电路布局和元件连接。
要注意保持电路的简洁和稳定，避免干扰和噪声。
4. 进行电路测试和优化完成电路布局和连接后，进行电路测试和优化。
可以通过示波器和信号发生器等设备，观察光电二极管输出信号的波形和幅度，并对电路进行调整和优化。
5. 确定电路的工作点和稳定性在电路测试和优化后，需要确定电路的工作点和稳定性。
通过调整偏置电压和电流，使得电路在正常工作范围内，输出稳定的放大信号。
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光电二极管电荷灵敏前置放大器设计.摘要本论文论述了将电荷灵敏放大器作为硅PIN光电二极管的前置放大电路，实现光电二极管的电荷信号转换为电压信号，并具备电压信号放大功能，以满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求，能够探测微弱光信号。
文中设计的电荷灵敏前置放大器采用低噪声场效应晶体管和电流型集成运算放大器构成，其等效输入噪声≤2．2keV。
该电荷灵敏前置放大电路结构简单、体积小、输出信号上升时间快、噪声低、稳定性好.关键词：硅PIN光电二极管.电荷灵敏放大器.微弱光信号检测。
Photoelectric diode sensitive chargepreamplifier designed.This paper discusses the sensitive charge amplifier as will the preamplifier circuit of photoelectric diode, photoelectric diode charge signals are converted to voltage signal, and voltage signal amplifier functions, in order to meet the low offset currents, low noise and high gain requirement, and can detect weak light signals. This paper designs the sensitive charge preamplifier with low noise field effect transistors and the current model integrated operational amplifier, the equivalent input noise than 2.2 keV. This sensitive charge preamplifier circuit is simple in structure, small volume, the output signal is rising fast time, low noise, good stability.Keywords: silicon photoelectric diode. PIN sensitive charge amplifier. Faint light signal detection。
目录摘要 (1)目录 (2)第一章前言 (3)1.1选题依据和意义 (3)1.2国内外研究现状 (4)1.3主要研究内容 (5)第二章基本理论及系统原理 (5)2.1光电二极管工作原理 (5)2.1.1基本原理 (5)2.1.2光电导效应 (6)2.1.3光伏效应 (6)2.1.4光电二极管结构及工作原理 (6)2.2光电二极管的噪声 (7)2.2.1热噪声 (8)2.2.2散粒噪声 (9)2.2.3产生——复合噪声 (9)2.2.4 1/f噪声 (9)2.3光电二极管基本特性和主要参数 (10)2.3.1电压电流特性 (10)2.3.2光照灵敏度 (11)2.3.3光谱响应 (11)2.3.4结电容 (12)2.4 硅光电二极管 (13)2.4.1硅光电二极管的基本结构及其等效电路 (13)2.4.2硅PIN光电二极管的原理和特性 (14)2.4.3影响硅光电二极管输出信噪比的因素 (16)2.5前置放大器 (16)2.5. 1前置放大器的作用 (17)2.5.2前置放大器的种类： (17)2.6电荷灵敏放大器 (18)2.6.1电荷灵敏放大器的原理 (18)2.6.2电荷灵敏前置放大器的噪声 (19)第三章系统设计及方案选择 (19)3.1光电二极管前置放大设计的基本原则 (19)3.2配合硅半导体探测器的电荷灵敏前置放大器的设计原则 (21)3.3系统方案选择 (22)3.3.1光电二极管的选择 (22)3.3.2电荷灵敏放大器的选择 (24)第四章放大电路设计 (29)4.1放大电路设计 (29)4.2系统主要性能 (30)4.3工艺设计 (31)4.4噪声 (31)4.5使用温度 (32)4.6关于交流耦合 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)第一章前言·1.1选题依据和意义光电二极管是一种能够将将光信号转换成电信号PN结型半导体元件，因此广泛用于各种遥控系统、光电开关、光探测器，以及以光电转换的各种自动控制仪器、触发器、光电耦合、编码器、特性识别、过程控制、激光接收等方面。
在机电一体化时代，它成为必不可少的元件。
在核物理中，对放射性粒子的测量十分重要，对射线粒子所携带的信息进行测量和分析研究，有助于对原子核内部特征和规律进行研究，也有利于原子核科学技术的应用。
因此，用于探测此类射线的传感器及其电子学系统在核电子学中具有举足轻重的地位，尤其是光电二极管。
光电二极管种类很多.按面积可分为两类:具高电容（30PF至3000PF）的大面积光电二极管和具相对较低电容(10PF或更小)的较小面积光电二极管.按用途分类：可以分为硅PIN光电二极管、整流用二极管、变容二极管、稳压二极管、快速关断二极管、肖特基二极管.发光二极管等。
其中，硅PIN光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中。
质量好的硅PIN光电二极管用于激光功率测量时，测量下限可达1 x 10- 8 W，分辨率可达1x10-12W.因此，硅PIN光电二极管在半导体探测器和闪烁探测器方面应用广泛。
由于半导体探测器的输出讯号的幅度是由入射粒子通过灵敏层时释放的电荷量决定的。
这个讯号时相当微弱的，为了精确分析粒子能量，就需要有高线性，低噪声的放大器与其配合。
但是应当指出，由于半导体探测器的结电容是随着外加偏压而改变，因此在不同的偏压下，对同样能量损耗下的入射粒子来说就给出不同幅度的电压脉冲，这就影响了能量的准确性。
故一般在能量分析时，要采用电荷灵敏前置放大器与探测器相配合，同时随着核仪器向便携式、智能化、集成化等高性能的发展，分立元件组成的放大器，由于其元件多、体积大、不易调试等缺点，已不适应仪器的发展趋势，集成运算放大器已越来越被各种放大电路所采用.采用集成运算放大器的电荷灵敏放大器在许多核仪器中逐渐应用。
所以光电二极管电荷灵敏放大器的研究具有重要意义。
1.2国内外研究现状20世纪80年代，随着大灵敏度和大面积硅光电二极管问世，国内外开始光电二极管在核辐射探测领域的试探性研究，并估计其在辐射探测领域的应用前景。
在国内，中科院高能所雷传衡老师率先将西门子公司的BPW-34型硅PIN光电二极管用于袖珍式Y、中子剂量率监测中。
此时，国外己经提出采用CsI晶体与硅光电二极管构成闪烁探测器来探测X射线.进入20世纪90年代，国内外硅PIN 光电二极管在闪烁探测器方而展开了广泛的研究，并取得了丰硕的成果，近来，国内外都将光电二极管与前置放大电路封装一起构成探测装置，提供给用户.且测量信息由单纯的计数测量扩展到能量、时间等方而;探测的目标对象范围扩展到:高能电磁辐射、粒子、介子、中微子等其他高能粒子。
目前在光电二极管和电荷灵敏前置放大器方面国内的主要研究成果有：中国辐射防护研究院,设计了以集成运算放大器为主要器件的, 用于化合物半导体探测器的电荷灵敏前置放大器[1].清华大学工程物理系设计的低噪声CMOS 电荷灵敏前置放大器，比传统i的电荷灵敏前放的电路密度至少提高了3个数量级[2]。
中国科学院则设计了一种多路电荷灵敏前置放人器，其路数最多为8路，它有功耗低，体积小，价格低廉，使用方便等特点[3]1.3主要研究内容本文主要是根据光电二极管发展现状，采用电荷灵敏放大器作为硅PIN光电二极管前置放大电路。
第二章介绍系统设计的基本理论及原理；第三章主要介绍整个系统的各个部分的方案选择；第四章是整个放大电路的系统设计，前半部分介绍系统完整的硬件电路图及其相关元件参数选择，后半部分介绍各模块软件设计，包括软件流程图和关键代码；第五章仪器的性能测试及遇到的问题和解决思路；第六章全文总结和展望；最后是致谢和参考文献。
第二章基本理论及系统原理2.1光电二极管工作原理2.1.1基本原理[4]光电二极管是一种PN结型半导体元件，当光照射到PN结上时，半导体内电子受到激发，产生电子空穴对,在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。
工作模式：光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，12.1.2光电导效应[5]半导体光电器件利用“内光电效应”工作，与外光电效应材料的逸出功相似，半导体材料吸收了入射光子能量，只有当光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度时，才会将材料内部的电子从低能态激发到高能态，并在低能态位置产生空穴，高能态位置产生一个自由电子。
这样产生一个电子一空穴对，从而改变材料的电导，该效应称为“光电导效应”。
光电导效应为半导体材料的体效应。
2.1.3光伏效应[6]光伏效应需要有内部电势垒，这个内部势垒可以是PN结、PIN势垒结等，其中PN结是最简单、最基础的。
当光照在PN结上，若入射光的光子能量大于禁带宽度，波长与禁带宽度满足如下关系:λ（nm）≤1240/E （2-1）价带电子接受了光子的能量，将激发到导带，产生“非平衡电子一空穴对”。
在小信号情况下，在N型表面中产生的电子空穴对，由于热运动，光生少子一空穴发生扩散，一旦扩散到势垒区就会受到内电场的作用而扫向P区一边。
在势垒区中，光激发的电子空穴对，将在内电场的作用下分别向两边运动，空穴向P 区，电子向N区。
同样，光入射到P区产生的电子空穴对，也将发生扩散运动而光生少子——电子一旦扩散到势垒区中，就被内电场扫向N区一边。
也就是说由于内电场的存在，光生电子将向N区一边集中，光生空穴将向P区一边集中若光不断地照射，光生电子空穴对不断地产生，在内电场的作用下，光生电子空穴对不断地向PN结两边集中，其结果是P区一边因空穴积累而带正电，N区一边因电子积累而带负电。
当入射光激发出电子一空穴对时，电势垒的内建电场将电子和空穴分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，该现象即为“光伏效应”。
2.1.4光电二极管结构及工作原理光电二极管结构：光电二极管与普通半导体二极管一样，都具有一个PN结，引出两根电极引线，都是非线性器件，具有单向导电性能。
但是，由于光电二极管是光敏器件，因此，在外形和结构方面有它自己的特点.首先，光电二极管的管壳上有一个能透射光线的窗口(受光面)，以便光通过窗口而照射在管芯上。