应物 勇-基于光敏二极管光电检测电路的设计
光敏二极管开关电路设计
光敏二极管开关电路设计光敏二极管开关电路是一种基于光敏二极管的电路设计，可以实现光信号的检测和控制。
光敏二极管是一种将光能转化为电能的器件，其特性在一定程度上受光强的影响。
利用这一特性，可以设计出一种灵敏的光敏二极管开关电路。
在光敏二极管开关电路设计中，需要考虑光敏二极管的特性以及其他辅助元件的选择和连接。
首先，选择适合的光敏二极管是至关重要的。
根据应用需求，可以选择具有不同光敏特性的光敏二极管，如可见光光敏二极管、红外光敏二极管等。
其次，需要根据实际情况选择合适的电阻和电容等元件，以确保电路的稳定性和性能。
在光敏二极管开关电路中，光敏二极管一般作为光信号的输入端，通过光电效应将光信号转化为电信号。
电信号经过电路的放大和处理后，可以控制其他元件的状态。
例如，当光敏二极管接收到光信号时，电路会产生相应的输出信号，从而实现对其他设备的开关控制。
为了确保光敏二极管开关电路的性能和可靠性，还需要注意一些设计细节。
首先，应合理设置电路的工作电压和电流，以避免过大或过小的电流对光敏二极管的损坏。
其次，需要注意电路的抗干扰能力，尽量减少外界光源对光敏二极管的影响。
此外，还可以通过添加滤波电路来提高电路的稳定性和抗干扰能力。
在实际的应用中，光敏二极管开关电路可以广泛应用于自动控制、光电检测、环境监测等领域。
例如，可以将光敏二极管开关电路应用于智能家居系统中，通过感知室内的光照强度来自动控制灯光的亮度和开关状态，以提高居住环境的舒适度和节能效果。
此外，光敏二极管开关电路还可以应用于安防系统中，通过检测周围环境的光照变化来实现对门窗状态的监控和报警。
光敏二极管开关电路是一种利用光敏二极管特性实现光信号检测和控制的电路设计。
通过合理选择和连接光敏二极管及其他辅助元件，可以设计出灵敏可靠的光敏二极管开关电路，应用于各种自动控制和光电检测系统中。
这种电路设计不仅具有较高的实用价值，而且在科技发展中起到了重要的推动作用。
基于光电触发的瞬态电弧测量及分析
周 围空气产生 热击穿 ．形 成等离 子体 。等离子 体通
常被视为物质 除 固态 、液态 、气 态之外存 在 的第 四
种 形态 。如果 对气体持 续加热 ，使 分子 分解为 原子
并发 生 电离 ，就形成 了由离子 、电子和 中性粒 子组 成 的气 体 ，这种状 态称 为等离子体 。在 电场的作用
ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｃ ｏ ｔ ａ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｔ ｅ ｐ ｏｏ ｉ ｄ — ａ ｅ ｓ ｉ ｏ ｃ ｐ ｘｅ ｎ ｌｔ ｇ ｅ ｉ ｕ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ． ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒ ｐｉ ｌ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｉ ， ｈ ｈ ｔ ｄｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｃｌ ｓ ｏ ｅ ｅ ｔ ｒ ａ ｒ ｇ ｒｃｒ ｉ ｃ ｓｃ ｌ ｉ ｃ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ Ｉ ｍｅ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｔｓｓ Ｔ ｒ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｔ ｒ ｌ ｗｅ ｅ ｕ ｅ ｌ ｉｇ ａｃ ｔｓ， ｈ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ． ｔ ｔｔ ｅ ｕｒ ｈ ｅ ｎ ｓ ｈ ｏ ｇ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｍａｅ ｉ ｓ ｒ ｓ ｄ ｉ ｗｅｄｎ ｒ ｅ ｔ ｔｅ ． ｆ ａ ｎ ｖ ｌ ｇ ｎ ｕ ｒ ｎ ａ ｅｏ ｍｓ ｗ ｒ ｅ ｏ ｄ ｄ ｂ ｓ ｉ ｏ ｃ ｐ ｎ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｔｒ ｌｄｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ａ ｃｗａ ｏｔ ｅ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｖ ｆ ｒ ｅ ｅ ｒ ｃ ｒ ｅ ｙ ｏ ｃｌ ｓ ｏ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｆｍａ ｅｉ ｉ ｅ ｅ ｃ ｎ ｔ ｒ ｓ ａ ｗ ｌ ｌ ａ ｆ ｈ
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案目录一、内容描述 (2)二、光电二极管基本知识 (3)1. 光电二极管的工作原理 (4)2. 光电二极管的特性与参数 (4)三、光电二极管检测电路的工作原理 (6)1. 光电检测电路的基本概念 (7)2. 光电检测电路的工作原理详解 (7)四、设计方案 (9)1. 设计目标及要求 (10)2. 电路设计 (11)（1）电路拓扑结构 (12)（2）元器件选择与参数设计 (13)3. 信号处理与放大电路 (15)（1）信号输入与处理电路 (16)（2）信号放大电路 (17)4. 电源及辅助电路设计 (18)（1）电源电路设计 (20)（2）保护及指示电路设计 (21)五、实验验证与优化 (22)1. 实验设备与工具准备 (23)2. 实验操作流程及步骤说明 (24)3. 数据记录与分析处理 (25)4. 电路性能评估与优化建议 (26)六、实际应用场景及推广价值 (27)1. 实际应用场景分析 (28)2. 推广价值及市场前景展望 (29)七、总结与展望 (30)一、内容描述光电二极管检测电路是一种基于光电效应工作的电子检测电路，主要用于检测光信号的强度或光照度。
该电路通过光电二极管将光信号转换为电信号，进而实现对光信号的测量、监控和控制。
本文将详细介绍光电二极管检测电路的工作原理及设计方案。
在光电二极管检测电路中，光电二极管作为核心元件，其工作原理主要基于光电效应。
当光线照射到光电二极管时，光子能量被材料中的电子吸收，从而使电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对，产生光生电流。
通过测量光生电流的大小，可以反映光照度的强弱。
根据不同的应用场景和需求，光电二极管检测电路的设计方案也有所不同。
常见的设计方案包括：直接测量法：通过测量光电二极管产生的光生电流来直接反映光照度。
这种方法简单直观，但受限于光电二极管的响应速度和灵敏度，适用于低光照度测量。
信号放大法：通过对光电二极管产生的光生电流进行放大处理，可以提高测量灵敏度和精度。
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案
光电二极管检测电路的工作原理及设计方案光电二极管检测电路是一种将光信号转换为电信号的装置，它广泛应用于各种光学测量和控制领域。
其工作原理是基于光电二极管的光电效应，通过将光信号照射到光电二极管上，使其产生电流输出，从而实现对光信号的检测。
设计一种光电二极管检测电路需要考虑以下几个方面：1.光电二极管的选择：要根据具体的应用需求选择合适的光电二极管。
通常，选择感光面积大、光谱响应范围广、响应速度快、噪声低的光电二极管。
2.光电二极管的放大电路：由于光电二极管输出的光电流较小，需要经过放大电路放大后才能得到可用的电信号。
常见的放大电路有共射放大电路和差动放大电路。
共射放大电路适用于单端输入，输出电压幅度大，但可能存在信号漂移和温漂的问题；差动放大电路适用于双端输入，具有较高的共模抑制比，但需要两个光电二极管。
3.滤波电路和信号处理：为了滤除噪声和杂散信号，可以在输出端串联一个滤波电路，如低通滤波器或带通滤波器。
如果需要对光信号进行进一步的处理，如放大、转换、逻辑判决等，可以根据具体需求添加相应的电路模块。
4.驱动电路：光电二极管通常需要外部电路来提供正向电流，以确保其正常工作。
驱动电路可以采用简单的电流源电路，或使用恒流源，以保持光电二极管工作在恒定的工作点。
5.反馈电路：为了提高光电二极管的线性度和动态范围，可以添加反馈电路。
常见的反馈电路有负反馈和光电二极管自反馈两种。
负反馈电路可以减小非线性失真，提高稳定性和抗干扰能力；光电二极管自反馈电路可以提高光电二极管的速度和线性度。
6.实际布局和封装：在设计光电二极管检测电路时，需要考虑电路的实际布局和封装，以保证信号的完整性和稳定性。
同时，要保持电路的抗干扰能力和可靠性。
总之，光电二极管检测电路的设计需要综合考虑光电二极管的特性、放大电路、滤波电路、信号处理电路、驱动电路、反馈电路等多个方面的因素。
根据具体应用需求和预算，选择合适的器件和电路方案，并进行合理的布局和封装，可以实现高性能、低噪声和稳定可靠的光电二极管检测电路。
光敏二极管测光电路
光敏二极管测光电路光敏二极管是一种常用的光电器件，具有灵敏度高、响应速度快、尺寸小等特点，被广泛应用于测光领域。
光敏二极管测光电路是利用光敏二极管对光信号的敏感性，通过电路将光信号转换成电信号进行测量和控制的系统。
本文将详细介绍光敏二极管测光电路的原理、应用和优缺点。
光敏二极管的工作原理是在光照射下，光敏二极管内部的半导体材料会产生电荷对，并通过外部电路引出。
光敏二极管的灵敏度取决于光照强度，当光照强度增加时，光敏二极管的输出电流也会增加。
因此，通过测量光敏二极管的输出电流，可以间接地得知光照强度的大小。
2. 光敏二极管测光电路的组成光敏二极管测光电路由光敏二极管、电源、电阻、运放等组成。
光敏二极管接收光信号，并输出电流信号。
电源为光敏二极管提供工作电压。
电阻用于限制光敏二极管的工作电流，以保护光敏二极管免受过电流损害。
运放用于放大光敏二极管的输出电流信号，提高信号的灵敏度和稳定性。
3. 光敏二极管测光电路的应用光敏二极管测光电路广泛应用于光电测量、光照控制、光通信等领域。
在光电测量中，光敏二极管测光电路可以用于测量光照强度、光功率、光谱分布等参数。
在光照控制中，光敏二极管测光电路可以用于自动调节光照强度，实现节能和环境保护。
在光通信中，光敏二极管测光电路可以用于接收光信号并转换成电信号，实现光信号的传输和调制。
4. 光敏二极管测光电路的优缺点光敏二极管测光电路具有以下优点：灵敏度高，响应速度快，尺寸小，成本低廉。
同时，光敏二极管还具有良好的线性特性和宽波长范围。
然而，光敏二极管测光电路也存在一些缺点：受到环境光的干扰较大，易受温度影响，输出信号受电源电压影响较大。
在实际应用中，需要根据具体的测量要求和环境条件选择合适的光敏二极管和电路设计。
同时，为了提高光敏二极管测光电路的性能，可以采取一些措施，如增加滤光片以减少环境光的干扰，进行温度补偿以提高稳定性，使用恰当的运放电路以提高信号质量等。
光敏二极管测光电路是一种常用的光电测量和控制系统，具有广泛的应用前景。
光敏二极管测光电路
光敏二极管测光电路
是一种用于测量光强度的电路。
它采用光敏二极管作为光敏元件，通过将光敏二极管接入一个电路中，就可以利用它的光电效应来将光强度转换成电信号。
这种电路广泛应用于图像传感器、摄像机、智能家居等各种场合。
的原理是利用光敏元件在光照度不同条件下电阻值的变化程度，从而检测光强度的大小。
接线方式一般采用差分测量方式，一端接入光敏二极管，另一端接入一个电阻，两端连接微弱电流源，这样就能够产生微小电压差，通过运放和伺服电路反馈抑制噪声。
的实现有两种方式，一种是直接将光敏二极管接入微控制器的模拟输入端，然后通过软件处理获得光强度值。
这种方式简单、方便，但是在光强度小或者光强度变化范围较大的情况下，精度会有所降低。
另一种方式是采用专用的测光电路芯片，该芯片可以提供更高的测量精度和更广泛的测量范围。
通常情况下，该芯片会带有宽动态范围、高速响应、温度补偿等功能，具有更为优良的性能表现。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的光敏二极管和测光电路芯片，并且根据现场的光照强度、衰减等因素进行校准，以提高测量的精度和可靠性。
总之，是一种核心技术，它为数字图像处理、智能家居、医疗诊疗等
应用领域提供了关键技术支持。
未来随着人类对数据隐私、安全等方
面的要求日益增长，具备隐私保护能力的测光电路也将成为发展潮流。
基于光敏二极管的光强度测试仪设计
基于光敏二极管的光强度测试仪设计魏祥沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文利用光敏二极管和LabVIEW编程设计了一个能实现光强度测量及显示的虚拟仪器。
该测试仪主要由数据采集、曲线拟合、公式生成和超值报警四个重要组成部分，不仅可以实现光强度的测量及显示，还能拟合出照度与电压的关系曲线。
由于本设计使用虚拟仪器技术，用户可以自定义仪器功能，将采集到的电压值和测量所得的光强值在同一块面板上显示。
同时可以直观的从示波器上观测照度和电压的关系曲线，通过面板指示的测量值与上限阈值进行分析比较，进而实现超值报警功能。
具有量程大，测量精度高等优点。
关键词：光敏二极管；LabVIEW；数据采集；曲线拟合一、前言计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
虚拟仪器是仪器技术与计算机技术深层次相结合的产物，是全新概念的测量仪器。
自20世纪80年代诞生以来，与前几代测试仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展，是仪器领域的一次革命。
虚拟仪器将传统的仪器由硬件实现的数据分析、处理与显示等功能改为功能强大的计算机软件来完成。
通过配置以获取调理信号为目的的I/O 接口设备（数据采集（DAQ）卡、GPIB仪器、VXI总线仪器模块以及串行口仪器等），实现不同的测量、测试功能软件对采集获得的信号进行分析处理。
在开发、推广虚拟仪器编程技术方面，出现了许多虚拟仪器开发平台，目前世界上最具代表性的还是美国国家仪器公司（NI）的两个虚拟仪器开发平台：LabWindows/CVI 和Labview。
编译型图形化编程语言LabVIEW是一种程序开发环境，类似于C和Basic 开发环境，也是通用的编程系统。
使用图形化的编程语言G编写程序，产生的程序是框图形式，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。
广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件，是目前国际上应用最广泛的虚拟仪器开发环境之一。
本文设计的基于光敏二极管的光强度测试仪，采用虚拟仪器技术，运用LabVIEW编程，用户可以自定义仪器功能，将采集到的电压值和测量所得的光强值在同一块面板上显示。
如何设计一个简单的光电传感器电路
如何设计一个简单的光电传感器电路设计一个简单的光电传感器电路可以实现对光的检测和测量。
光电传感器电路由光电二极管和相关元件组成，能够将光信号转换为电信号。
接下来将介绍一个简单的光电传感器电路设计。
1. 光电二极管光电二极管是光电传感器电路的核心部件。
光电二极管的作用是将光信号转换为电信号。
一般常用的光电二极管有PIN型光电二极管和PN型光电二极管。
在这个简单的电路设计中，我们选择使用PN型光电二极管。
2. 光敏电阻光敏电阻也是光电传感器电路中重要的元件之一。
光敏电阻的电阻值会随着光照的强弱而发生改变。
在设计中，我们将光敏电阻与光电二极管串联连接，通过测量电阻值的变化来间接测量光的强弱。
3. 运算放大器为了使光电信号能够被电路检测到并输出，需要使用运算放大器来放大信号。
运算放大器是一种具有高增益和低失真的放大器，能够增强电路的灵敏度和稳定性。
4. 电源与滤波电路为了确保电路正常工作，需要为电路供电，并通过滤波电路去除杂散信号和噪声。
一般选用5V的直流电源，并通过低通滤波器滤除高频噪声。
5. 输出装置为了能够直观地观察到光电传感器的输出结果，可以选择添加一个LED或蜂鸣器等输出装置。
通过输出装置的亮灭或声音来反映光强的变化。
在设计光电传感器电路时，需要注意以下几点：1. 光敏元件的选择：根据实际需求选择合适的光敏元件，如光敏电阻、光电二极管等。
2. 电源电压的选择：根据电路元件的工作电压范围选择合适的电源电压。
3. 输出信号的处理：可以根据实际需求使用运算放大器、比较器等对输出信号进行处理和判断。
4. 接地和屏蔽：在布线过程中，确保良好的接地和屏蔽，减少干扰信号的影响。
5. 光源的选择：根据实际需求选择合适的光源，如白光LED、红外LED等。
综上所述，设计一个简单的光电传感器电路需要考虑光敏元件的选择、电源电压、输出信号的处理以及接地和屏蔽等因素。
根据实际需求和具体情况，可以进行相应的调整和优化，以实现更加稳定和准确的光电传感器电路。
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东北石油大学课程设计2013年3月1日大庆石油学院课程设计任务书课程光电检测技术题目基于光敏二极管光电检测电路的设计专业应姓名学号主要内容：利用光敏二极管、低噪声放大器及单片机等电子器件，设计一光电检测电路，实现光电信号的自动检测。
基本要求：1）利用光敏二极管及低噪声放大器等电子器件工作。
2）研究单片机与光电转换电路的接口特性。
3）设计光敏二极管光电检测电路。
4）撰写总结报告。
主要参考资料：1）陈有卿编著. 新颖集成电路制作精选[M].人民邮电出版社, 2005.4.2) 陈振官，陈宏威等编著.光电子电路制作实例[M]. 2006.4.3) 黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M]. 2006.10.完成期限2013.2.25~2013.3.1指导教师专业负责人2013年2月25日第1章概述光电二极管（Photo-Diode）是二极管的一种，但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
可用于光强度探测，光控开关的感光元器件，作用与光敏电阻相似。
1.1、光电二极管的意义光电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亮度并将之转换为有用的数字信号。
光检测电路可用于CT 扫描仪、血液分析仪、烟雾检测器、位置传感器、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，单电源电路还在电路的运行、稳定性及噪声处理方面显示出新的限制。
1.2、光电检测技术的发展前景（1）、发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。
（2）、发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。
（3）、非接触，快速在线测量。
（4）、发展闭环控制的光电检测系统。
（5）、向微空间或大空间三维技术发展。
（6）、向人们无法触及的领域发展。
（7）、发展光电跟踪与光电扫描技术。
第2章光电二极管工作原理2.1、光电转换原理根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。
此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。
当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。
不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。
被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。
波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。
在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。
因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。
2.2、光敏二极管的两种工作状态光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。
它具有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。
（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。
这种工作状态，一般作光电检测器。
光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型，其中用得最多的是P-N结型，价格便宜。
光信号放大和开关电路2.3、光敏二极管应用与检测光敏二极管工作时加有反向电压，没有光照时，其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。
当有光照时，就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强，该亮电流就越大。
光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管。
测量光敏二极管时，先用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口，然后用万用表的R×1k档其正、反向电阻。
正常时，正向电阻值在10~20kΩ之间，反向电阻值为∞（无穷大）。
再去掉黑纸或黑布，使其光信号接收窗口对准光源，正常时正、反向电阻值均会变小，阻值变化越大，说明该光敏二极管的灵敏度越高。
2.4、主要技术参数1.最高反向工作电压；2.暗电流3.光电流；4.灵敏度；5.结电容；6.正向压降；7.响应时间；主要特性曲线图：第3章光电检测电路电路设计3.1、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CMOS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RF。
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 单电源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）。
用SPICE可在一定频率范围内模拟从光到电压的转换关系。
模拟中可选的变量是放大器的反馈元件RF。
用这个模拟程序，激励信号源为ISC，输出端电压为VOUT。
此例中，RF的缺省值为1MW ，CRF为0.5pF。
理想的光电二极管模型包括一个二极管和理想的电流源。
给出这些值后，传输函数中的极点等于1/（2p RFCRF），即318.3kHz。
改变RF可在信号频响范围内改变极点。
遗憾的是，如果不考虑稳定性和噪声等问题，这种简单的方案通常是注定要失败的。
例如，系统的阶跃响应会产生一个其数量难以接受的振铃输出，更坏的情况是电路可能会产生振荡。
如果解决了系统不稳定的问题，输出响应可能仍然会有足够大的“噪声”而得不到可靠的结果。
实现一个稳定的光检测电路从理解电路的变量、分析整个传输函数和设计一个可靠的电路方案开始。
设计时首先考虑的是为光电二极管响应选择合适的电阻。
第二是分析稳定性。
然后应评估系统的稳定性并分析输出噪声，根据每种应用的要求将之调节到适当的水平。
3.2、光检测电路的SPICE模型1、光电二极管的SPICE模型一个光电二极管有两种工作方式：光致电压和光致电导，它们各有优缺点。
在这两种方式中，光照射到二极管上产生的电流ISC方向与通常的正偏二极管正常工作时的方向相反，即从负极到正极。
光电二极管的工作模型示于图2中，它由一个被辐射光激发的电流源、理想的二极管、结电容和寄生的串联及并联电阻组成。
图2 非理想的光电二极管模型当光照射到光电二极管上时，电流便产生了，不同二极管在不同环境中产生的电流ISC、具有的CPD、RPD值以及图中放大器输出电压为0~5V所需的电阻RF 值均不同，例如SD-020-12-001硅光电二极管，在正常直射阳光（1000fc［英尺-烛光］）时，ISC=30m A、CPD=50pF、RPD=1000MW 、RF=167kW ;睛朗白天（100fc）时，ISC = 3m A、CPD=50pF、RPD= 1000 MW 、RF=1.67MW ;桌上室内光（1.167fc）时，ISC=35nA、CPD=50pF、RPD=1000MW 、RF=142.9MW 。
可见光照不同时，ISC 有显著变化，而CPD、RPD基本不变。
工作于光致电压方式下的光电二极管上没有压降，即为零偏置。
在这种方式中，为了光灵敏度及线性度，二极管被应用到最大限度，并适用于精密应用领域。
影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD，它们会影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。
结电容CPD是由光电二极管的P型和N型材料之间的耗尽层宽度产生的。
耗尽层窄，结电容的值大。
相反，较宽的耗尽层（如PIN光电二极管）会表现出较宽的频谱响应。
硅二极管结电容的数值范围大约从20或25pF到几千pF以上。
结电容对稳定性、带宽和噪声等性能产生的重要影响将在下面讨论。
在光电二极管的数据手册中，寄生电阻RPD也称作“分流”电阻或“暗”电阻。
该电阻与光电二极管零偏或正偏有关。
在室温下，该电阻的典型值可超过100MW 。
对于大多数应用，该电阻的影响可被忽略。
分流电阻RPD是主要的噪声源，这种噪声在图2中示为ePD。
RPD产生的噪声称作散粒噪声（热噪声），是由于载流子热运动产生的。
二极管的第二个寄生电阻RS称为串联电阻，其典型值从10W 到1000W 。
由于此电阻值很小，它仅对电路的频率响应有影响。
光电二极管的漏电流IL是引发误差的第四个因素。
如果放大器的失调电压为零，这种误差很小。
与光致电压方式相反，光致电导方式中的光电二极管具有一个反向偏置电压加至光传感元件的两端。
当此电压加至光检测器上时，耗尽层的宽度会增加，从而大幅度地减小寄生电容CPD的值。
寄生电容值的减小有利于高速工作，然而，线性度和失调误差尚未最优化。
这个问题的折衷设计将增加二极管的漏电流IL 和线性误差。
2、运放的SPICE模型运算放大器具有范围较宽的技术指标及性能参数，它对光检测电路的稳定性和噪声性能影响很少。
其主要参数示于图3的模型中，它包括一个噪声源电压、每个输入端的寄生共模电容、输入端之间的寄生电容及与频率有关的开环增益。
输入差分电容CDIFF和输入共模电容CCM是直接影响电路稳定性和噪声性能的寄生电容。
这些寄生电容在数据手册中通常规定为典型值，基本不随时间和温度变化。
另一个涉及到输入性能的是噪声电压，该参数可模拟为运放同相输入端的噪声源。
此噪声源为放大器产生的所有噪声的等效值。
利用此噪声源可建立放大器的全部频谱模型，包括1/f噪声或闪烁噪声以及宽带噪声。
讨论中假设采用CMOS 输入放大器，则输入电流噪声的影响可忽略不计。
图3 非理想的运放模型当运行SPICE噪声模拟程序时，必须使用一个独立的交流电压源或电流源。
为了模拟放大器的输入噪声RTI，一个独立的电压源VIN应加在放大器的同相输入端。
另外，电路中的反馈电阻保持较低值（100W ），以便在评估中不影响系统噪声。
图3模型中的最后一个技术指标为在频率范围内的开环增益AOL（jw ），典型情况下，在传输函数中该响应特性至少有两个极点，该特性用于确定电路的稳定性。