Wenn Sie jemals drei Tage am Stück damit verbracht haben, ein analoges Front-End neu zu entwerfen, weil Ihr Signal in einem Sumpf aus Zufallsrauschen untergeht, kennen Sie die Frustration. Sie tauschen den Operationsverstärker aus, schirmen die Kabel ab, entwerfen das Platinen-Layout neu, und doch weigert sich dieser hartnäckige Rauschteppich, sich zu bewegen. Oft ist die wahre Ursache nicht Ihr Verstärker oder Ihr Layout. Es ist die Fotodiode selbst. Genauer gesagt, der Übeltäter ist der Parallelwiderstand-Parameter der Fotodiode.
Wenn Sie mit extrem niedrigen Lichtpegeln zu tun haben, wie optischen Signalen im Picowatt-Bereich in Präzisionslasersystemen oder optischer Galvo-Positionierung, können Sie es sich nicht leisten zu ignorieren, wie sich Ihr Detektor bei Null- oder niedriger Vorspannung verhält. Deshalb ist die Wahl eines Detektors mit hohem Parallelwiderstand oft der effektivste Schritt, den Sie unternehmen können, um Ihr Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu retten.
Die meisten Datenblätter führen diesen Parameter ganz unten in der Tabelle der elektrischen Eigenschaften auf, aber im Grunde bestimmt er Ihren gesamten thermischen Rauschteppich. Lassen Sie uns aufschlüsseln, warum Sie einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand benötigen, wie Sie zwischen den Zeilen eines Standard-Datenblatts lesen und wie Sie Ihre Schaltung so entwerfen, dass Sie diese erstklassige Siliziumleistung nicht verschwenden.
Entmystifizierung des Parallelwiderstand-Parameters der Fotodiode
Was genau ist also der Parallelwiderstand-Parameter einer Fotodiode? Wenn Sie sich das klassische Ersatzschaltbild einer Fotodiode ansehen, sehen Sie ein paralleles Netzwerk. Ihre Fotodiode befindet sich im Zentrum und besteht aus einer lichtgenerierten Stromquelle. Parallel zu dieser Quelle haben Sie den idealen Diodenübergang selbst, die Sperrschichtkapazität (Cj) und den Parallelwiderstand (Rsh). Schließlich gibt es einen winzigen Serienwiderstand (Rs), der zu den Ausgangsanschlüssen führt.
Wenn Sie die Leckpfade in diesem Netzwerk minimieren, schaffen Sie einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand.
Der Parallelwiderstand stellt den Innenwiderstand des Silizium-Übergangs der Fotodiode dar, wenn keine Spannung an ihr anliegt. In einer perfekten Welt wäre dieser Widerstand unendlich. Wäre er unendlich, würde der gesamte durch das einfallende Licht erzeugte Strom direkt in Ihren Verstärker fließen. Aber wir leben nicht in einer perfekten Welt. Reales Silizium hat einen Volumenwiderstand, Oberflächendefekte und winzige Leckpfade an den Rändern des Chips.
Wenn Sie einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand erwerben, kaufen Sie im Wesentlichen ein Stück Silizium, das akribisch verarbeitet wurde, um diese Leckpfade so weit wie möglich zu begrenzen. Bei einem Standard-Detektor, Rsh beträgt dieser möglicherweise nur 10 Megaohm bis 50 Megaohm. Ein Detektor mit hohem Parallelwiderstand hingegen kann leicht in den Gigaohm-Bereich (1 Gigaohm bis 10 Gigaohm oder sogar höher) vordringen.
Rsh im Fotodioden-Datenblatt: Das Kleingedruckte lesen
Wenn Sie die Website eines Herstellers durchsuchen, kann sich das Finden des tatsächlichen Rsh in den Tabellen der Fotodioden-Datenblätter manchmal wie eine Schatzsuche anfühlen. Hersteller messen und geben normalerweise Rsh an, indem sie eine winzige Sperrvorspannung – typischerweise 10 Millivolt – anlegen und den resultierenden Dunkelstrom messen.
Sie verwenden das Ohmsche Gesetz, um ihn zu berechnen:
Rsh = V_bias / I_dark
Wenn ein Hersteller beispielsweise eine Sperrvorspannung von 10 mV anlegt und einen Dunkelstrom von 10 Picoampere misst, beträgt der Parallelwiderstand:
Rsh = 0,010 V / (10 * 10^-12 A) = 1.000.000.000 Ohm = 1 Gigaohm
Dies ist ein Paradebeispiel für einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand. Aber die Sache hat einen Haken: Einige Billighersteller messen Rsh unter hochoptimierten Laborbedingungen oder geben die für die Messung verwendete Vorspannung nicht an. Wenn Sie Ihr System ohne Vorspannung betreiben, ist die tatsächliche Steigung der I-U-Kennlinie direkt bei 0 V entscheidend, und diese kann bei mangelhafter Qualität des Übergangs manchmal niedriger sein als im Datenblatt angegeben. Stellen Sie stets sicher, dass das Datenblatt die Testbedingungen angibt (wie VR = 10 mV), damit Sie dem Wert vertrauen können und sicher sein können, einen echten Detektor mit hohem Shunt-Widerstand zu erhalten.
Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2929
Der PDC-C2929 ist ein kostengünstiger 920-nm-Silizium-PIN-Photodioden-Chip. Diese 920-nm-Silizium-PIN-Photodiode bietet eine stabile und wirtschaftliche Scanner-Positionsverfolgung.
Shunt-Widerstand und Dunkelstrom: Die feine Balance
Es besteht ein untrennbarer Zusammenhang zwischen dem Shunt-Widerstand und dem Dunkelstrom. Der Dunkelstrom ist der Reststrom, der durch die Photodiode fließt, wenn kein Licht auf sie fällt. Er wird durch die thermische Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren innerhalb der Verarmungszone des Siliziums verursacht.
Wenn Sie Ihren Detektor im photoleitenden Modus betreiben (was bedeutet, dass Sie eine Sperrvorspannung anlegen, z. B. 5 V oder 10 V), steigt der Dunkelstrom erheblich an. In diesem Modus beginnt das Schrotrauschen des Dunkelstroms Ihr Grundrauschen zu dominieren, was bedeutet, dass Sie sich nicht mehr auf einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand verlassen können, um Ihr Rauschverhalten zu definieren.
Der Schrotrauschstrom wird wie folgt berechnet:
In_shot = sqrt( 2 * q * I_dark * B )
Wo:
- q ist die Elementarladung (1,6 * 10^-19 Coulomb)
- I_Dunkel ist der Dunkelstrom in Ampere
- B ist die Messbandbreite in Hertz
Aber was ist, wenn Sie im photovoltaischen Modus (ohne Vorspannung) arbeiten, um dieses Schrotrauschen des Dunkelstroms zu vermeiden? Dies ist bei den meisten Präzisionsanwendungen für schwaches Licht der Fall. Wenn Sie die Vorspannung auf Null senken, fällt der Dunkelstrom auf Null ab. Ausgezeichnet, oder? Kein Dunkelstrom bedeutet kein Schrotrauschen.
Nun, ja, aber der Thermodynamik kann man nicht entkommen. Selbst ohne Vorspannung fungiert Ihre Photodiode immer noch als Widerstand (Rsh). Und jeder Widerstand im Universum erzeugt thermisches Rauschen (auch bekannt als Johnson-Nyquist-Rauschen). Wenn Sie keinen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand verwenden, wird das thermische Rauschen dieses parallelen Shunt-Widerstands die Auflösung Ihres Systems begrenzen.
Durch die Wahl eines Detektors mit hohem Shunt-Widerstand halten Sie den Rsh Wert so hoch wie möglich, was den thermischen Rauschstrom direkt reduziert. Dies ist der einzige Weg, ein sauberes Signal zu erhalten, wenn Sie versuchen, ein Lichtsignal zu messen, das kaum ein paar Picoampere Photostrom erzeugt.
Warum ein Detektor mit hohem Shunt-Widerstand das Rauschen senkt: Die Mathematik
Schauen wir uns die Mathematik an, denn Zahlen lügen nicht. Der durch den Shunt-Widerstand einer Photodiode erzeugte thermische Rauschstrom wird nach dieser Formel berechnet:
In_thermal = sqrt( (4 * k * T * B) / Rsh )
Wo:
- In_thermal ist der RMS-Rauschstrom in Ampere
- k ist die Boltzmann-Konstante (1,38 * 10^-23 Joule/Kelvin)
- T ist die absolute Temperatur in Kelvin (Kelvin = Celsius + 273,15)
- B ist Ihre Rauschbandbreite in Hertz
- Rsh ist der Shunt-Widerstand der Fotodiode in Ohm
Führen wir einen kurzen Vergleich bei Raumtemperatur (25 Grad Celsius, was 298,15 Kelvin entspricht) über eine Bandbreite von 10 Hz durch.
Beispiel A: Eine Standard-PIN-Fotodiode
Angenommen, Ihre Standard-Fotodiode hat einen Rsh von 10 Megaohm (10^7 Ohm).
In_thermal = sqrt( (4 * 1,38 * 10^-23 * 298,15 * 10) / 10^7 )
In_thermal = sqrt( (1,6457 * 10^-20 * 10) / 10^7 )
In_thermal = sqrt( 1,6457 * 10^-19 / 10^7 )
In_thermal = sqrt( 1,6457 * 10^-26 )
In_thermal = 1,28 * 10^-13 Ampere = 0,128 pA (Pikoampere)
Ein Grundrauschen von 0,128 pA mag gering klingen, aber wenn Ihr schwaches Lichtsignal nur 0,5 pA Strom erzeugt, liegt Ihr Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) nur bei etwa 4. Ihr Signal wird auf einem Oszilloskop unglaublich unruhig aussehen.
Beispiel B: Ein Premium-Detektor mit hohem Shunt-Widerstand
Tauschen wir diesen nun gegen einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand aus, wie zum Beispiel eine der spezialisierten PIN-Dioden von BeePhoton, die über einen verfügt Rsh von 2 Gigaohm (2 * 10^9 Ohm).
In_thermal = sqrt( (4 * 1.38*10^-23 * 298.15 * 10) / (2 * 10^9) )
In_thermal = sqrt( 1.6457*10^-19 / (2 * 10^9) )
In_thermal = sqrt( 8.228 * 10^-29 )
In_thermal = 9,07 * 10^-15 A = 0,009 pA (oder 9 fA – Femtoampere)
Betrachten Sie diesen Unterschied. Durch das Upgrade auf einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand haben Sie das thermische Rauschen gerade um den Faktor 14 gesenkt. Ihr 0,5-pA-Signal ist nun glasklar, mit einem SNR von über 50. Aus diesem Grund legen Entwickler von Analogschaltungen so großen Wert darauf, einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand zu finden, wenn sie hochpräzise optische Geräte entwerfen.
Praxisanwendungen: Galvosysteme und Schwachlichterkennung
Ein Bereich, in dem ein Detektor mit hohem Parallelwiderstand absolut unverzichtbar ist, sind optische Galvanometer-Positionierungssysteme (Galvo-Systeme). Galvo-Systeme verwenden einen kleinen Laserstrahl, der von einem Spiegel reflektiert wird, um die exakte Winkelposition eines Scannermotors zu bestimmen. Der Sensor, der diesen Strahl verfolgt, ist in der Regel eine segmentierte Silizium-PIN-Fotodiode oder eine Mehrsegment-Fotodiode.
Da der Laserstrahl oft abgeschwächt oder über mehrere Segmente verteilt ist, ist das auf jedes Segment fallende Licht extrem schwach. Wenn die Fotodiode einen niedrigen Rsh, hat, wird das Positionierungssystem driften, zittern und aufgrund des thermischen Rauschens unter einer schlechten Winkelauflösung leiden.
Wenn Sie hochgeschwindigkeitsfähige und hochpräzise Galvo-Scansysteme entwerfen, sollten Sie nach spezialisierten Detektoren Ausschau halten, die genau für diese Herausforderung entwickelt wurden. Zum Beispiel:
- Die Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2928-NIR-B ist eine hervorragende Detektoroption mit hohem Parallelwiderstand für Positionierungssysteme im Nahinfrarotbereich und bietet eine unglaubliche Stabilität im 940-nm-Bereich.
- Wenn Sie eine Lösung benötigen, die für etwas kürzere Wellenlängen optimiert ist, ist der Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2929 ein weiterer erstklassiger Detektor mit hohem Parallelwiderstand, der den Leckstrom auf ein absolutes Minimum reduziert.
- Für mehrachsige oder differenzielle Verfolgung ist die Segmentierung des Sensors entscheidend. Der Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-2C3432-NIR-B bietet Präzision durch zwei Segmente und fungiert als Detektor mit hohem Parallelwiderstand für beide Kanäle, um zu verhindern, dass die differenzielle thermische Drift Ihre Positionsrückmeldung stört.
Durch den Einsatz dieser Spezialkomponenten müssen Sie sich nicht damit abmühen, hochfrequentes Rauschen aus Ihrem Regelkreis herauszufiltern, wodurch Ihr Galvomotor schneller einschwingen und mit deutlich engeren Toleranzen scannen kann.
Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-2C3432-NIR-B
Die PDC-2C3432-NIR-B ist ein spezialisiertes segmentierter PIN-Fotodioden-Chip entwickelt für präzise differentielle Positionsrückführung in Hochgeschwindigkeits-Galvanometerscannern. Die Integration dieses zweikanaligen segmentierter PIN-Fotodioden-Chip ermöglicht Systemen eine genaue Winkelverfolgung bei minimalem Signalrauschen.
Warum ein Detektor mit hohem Parallelwiderstand thermische Drift besser bewältigt
Hier ist ein hart erarbeiteter technischer Rat: Entwerfen Sie Ihr System niemals unter der Annahme, dass Ihre Fotodiode bei angenehmen 25 Grad Celsius bleibt. Der Parallelwiderstand ist stark temperaturabhängig.
Bei Standard-Silizium-Fotodioden halbiert sich der Parallelwiderstand etwa alle 8 bis 10 Grad Celsius Temperaturanstieg. Das bedeutet: Wenn sich Ihr Instrument in einem Gehäuse neben einem heißen Netzteil oder einem Lasertreiber befindet und die Innentemperatur auf 55 Grad Celsius ansteigt, wird Ihr Rsh wird einen massiven Einbruch erleiden.
Berechnen wir, was mit einem Detektor mit hohem Shunt-Widerstand von 1 Gigaohm passiert, wenn die Temperatur von 25 Grad Celsius auf 55 Grad Celsius steigt (ein Anstieg um 30 Grad).
Anzahl der Halbschritte = 30°C / 10°C = 3 Schritte
Rsh bei 55°C = 1 Gigaohm / (2^3) = 1 Gigaohm / 8 = 125 Megaohm
Ihr erstklassiger Detektor mit hohem Shunt-Widerstand ist zu einem mittelmäßigen Detektor degradiert, nur weil er heiß geworden ist. Der thermische Grundrauschpegel wird um fast den Faktor 3 ansteigen.
Rauschmultiplikator = sqrt( 1 Gigaohm / 125 Megaohm ) = sqrt( 8 ) = 2,83
Diese thermische Degradation ist der Grund, warum Sie mit dem höchstmöglichen Shunt-Widerstand beginnen müssen. Wenn Sie mit einer herkömmlichen Fotodiode beginnen, die einen Rsh von 20 Megaohm hat, wird Ihr Shunt-Widerstand bis zu dem Zeitpunkt, an dem sich Ihr System auf 55 Grad Celsius erwärmt hat, auf miserable 2,5 Megaohm sinken, und Ihr schwaches Lichtsignal wird vollständig im thermischen Rauschen untergehen. Der Einsatz eines Detektors mit hohem Shunt-Widerstand verschafft Ihnen den notwendigen Spielraum, um Ihr System über den gesamten Betriebstemperaturbereich stabil zu halten.
Entwurf des TIA für einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand
Die Auswahl eines Detektors mit hohem Shunt-Widerstand ist nur die halbe Miete. Wenn Sie diesen Premium-Sensor an einen schlecht konzipierten Transimpedanzverstärker (TIA) anschließen, machen Sie seine rauscharme Leistung völlig zunichte.
Stellen Sie sich die grundlegende Topologie Ihrer Verstärkerschaltung vor. Die Anode der Fotodiode ist direkt mit dem invertierenden Eingang Ihres Operationsverstärkers verbunden. Der nicht-invertierende Eingang ist direkt an Masse gelegt (wodurch eine virtuelle Masse bei 0 V Bias entsteht). In der Rückkopplungsschleife, die den Ausgang des Operationsverstärkers und seinen invertierenden Eingang überbrückt, platzieren Sie Ihren Rückkopplungswiderstand (Rf) und einen stabilisierenden Rückkopplungskondensator (Cf) parallel. Wenn Sie einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand an diesen Aufbau anschließen, müssen Sie drei wichtige Regeln beachten:
1. Achten Sie auf den Eingangsruhestrom des Operationsverstärkers
Der Eingangsruhestrom Ihres Operationsverstärkers fließt direkt durch den Rückkopplungszweig und die Fotodiode. Wenn Sie einen preiswerten bipolaren Operationsverstärker mit einem Eingangsruhestrom von mehreren Nanoampere verwenden, wird dieser Strom das Signal im Picoampere-Bereich, das Sie zu messen versuchen, völlig überlagern. Zudem erzeugt er eine enorme Offsetspannung über dem Shunt-Widerstand. Für einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand sollten Sie immer einen Operationsverstärker mit JFET- oder CMOS-Eingang wählen, die typischerweise Eingangsruheströme im Femtoampere-Bereich aufweisen (z. B. OPA129 oder ADA4530-1).
2. Wählen Sie Ihren Rückkopplungswiderstand mit Bedacht
Das thermische Rauschen des Rückkopplungswiderstands Ihres TIAs (Rf) wirkt parallel zum thermischen Rauschen des Shunt-Widerstands Ihrer Fotodiode. Der gesamte thermische Rauschstrom am Eingang Ihres Verstärkers beträgt:
In_total = sqrt( 4 * k * T * B * ( (1 / Rsh) + (1 / Rf) ) )
Wenn Sie einen Detektor mit einem hohen Shunt-Widerstand von 1 Gigaohm mit einem Rückkopplungswiderstand von 10 Megaohm kombinieren, wird der (1 / Rf) Term die Gleichung vollständig dominieren. Sie erhalten die Rauschleistung eines 10-Megaohm-Systems und verschwenden damit das Geld, das Sie für den Detektor mit hohem Shunt-Widerstand ausgegeben haben. Um den vollen Nutzen aus Ihrem Detektor mit hohem Shunt-Widerstand zu ziehen, sollte der Rückkopplungswiderstand so nah wie möglich am Wert von liegen Rsh soweit es Ihre Anforderungen an Bandbreite und Stabilität zulassen.
3. Beachten Sie die Rauschverstärkung
Die Eingangskapazität Ihrer Fotodiode (Cj) plus die Gleichtakt-Eingangskapazität des Operationsverstärkers (Cin) bildet zusammen mit dem Rückkoppelwiderstand einen Pol. Dies führt dazu, dass die “Rauschverstärkung” der Schaltung bei hohen Frequenzen ansteigt, was zu Instabilität, Peaking und einem hochfrequenten Rauschen am Ausgang führen kann. Sie müssen einen kleinen Rückkoppelkondensator (Vgl.) parallel zu Ihrem Rückkoppelwiderstand schalten, um den Regelkreis zu stabilisieren.
Vergleichstabelle: Standard-Detektor vs. Detektor mit hohem Shunt-Widerstand
Um diesen Vergleich leicht verständlich zu machen, betrachten wir, wie ein Detektor mit hohem Shunt-Widerstand im Vergleich zu einem Standard-Silizium-Detektor in einem typischen System zur Messung schwacher Lichtsignale abschneidet.
| Parameter | Standard-PIN-Detektor | Detektor mit hohem Shunt-Widerstand | Warum dies für Ihr System von Bedeutung ist |
|---|---|---|---|
| Typischer Shunt-Widerstand (Rsh) | 10 Megaohm bis 50 Megaohm | 1 Gigaohm bis 10 Gigaohm | Hoch Rsh reduziert den thermischen Rauschteppich drastisch. |
| Dunkelstrom (Idark @ 10 mV) | 200 pA bis 1.000 pA | Weniger als 10 pA | Ein niedriger Dunkelstrom minimiert Offset-Drift und Schrotrauschen. |
| Thermische Rauschstromdichte | ~1,28 fA / √Hz | ~0,12 fA / √Hz | Ermöglicht die klare Erkennung von Lichtpegeln im Picowatt-Bereich. |
| Temperaturstabilität | Mangelhaft (Rauschen dominiert schnell, wenn sich das System erwärmt) | Hervorragend (bleibt nutzbar Rsh sogar bei erhöhten Temperaturen) | Entscheidend für Industriewerkzeuge, die im Betrieb warm werden. |
| Hauptanwendung | Hochgeschwindigkeits-Kommunikation mit hoher Lichtintensität | Schwachlichtspektroskopie, präzise Galvo-Positionierung | Vermeidet Signalverschlechterung in Umgebungen mit wenig Licht. |
Wie ein Detektor mit hohem Parallelwiderstand unseren Rauschengpasse löste
Vor einigen Jahren unterstützten wir ein Ingenieurteam bei der Entwicklung einer automatisierten Nahinfrarot (NIR)-Sortiermaschine für die Landwirtschaft. Das System nutzte einen Hochgeschwindigkeits-Galvospiegel, um einzelne Samen beim Fallen durch einen Schacht zu scannen und das reflektierte Licht auf Schimmelbefall zu analysieren.
Das Team verwendete eine generische 940-nm-PIN-Fotodiode mit einem nominalen Parallelwiderstand von 40 Megaohm. Bei Labortests funktionierte alles einwandfrei. Doch sobald der Prototyp im Gehäuse der Sortiermaschine montiert war, verschlechterte sich die Leistung. Die Schrittmotoren und Hochleistungs-LED-Treiber im Inneren der Maschine ließen die interne Umgebungstemperatur auf 48 Grad Celsius ansteigen.
Bei dieser Temperatur sank der Parallelwiderstand der Fotodiode von 40 Megaohm auf nur noch etwa 8 Megaohm. Der thermische Rauschteppich stieg sprunghaft an, und das System konnte nicht mehr zwischen leicht schimmeligen und gesunden Samen unterscheiden. Das Team versuchte es mit einer starken digitalen Filterung, was jedoch die Scangeschwindigkeit verlangsamte und den Sortierdurchsatz der Maschine um die Hälfte reduzierte.
Wir empfahlen ihnen, den generischen Sensor gegen einen speziellen Detektor mit hohem Parallelwiderstand auszutauschen. Sie entschieden sich für den Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2928-NIR-B von BeePhoton, der einen Parallelwiderstand bei Raumtemperatur von über 1,5 Gigaohm aufweist.
Selbst als sich die Maschine auf 48 Grad Celsius erwärmte, blieb der BeePhoton-Detektor mit hohem Parallelwiderstand deutlich über 300 Megaohm. Das thermische Rauschen blieb weit unter ihrer Signalschwelle, die Sortiermaschine gewann ihre Genauigkeit zurück, und sie konnten sie ohne digitale Verzögerung mit voller Nenngeschwindigkeit betreiben. Es war ein klassisches Beispiel dafür, dass die Lösung eines Rauschproblems auf der Ebene des physischen Sensors immer sauberer ist als der Versuch, es mit Softwarefiltern zu beheben.
Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2928-NIR-B
Optimieren Sie Ihre Scanvorgänge mit unserem 940-nm-PIN-Fotodiodenchip PDC-C2928-NIR-B. Dieser 940-nm-PIN-Fotodiodenchip gewährleistet eine präzise Galvo-Positionserfassung und ein geringes Rauschen.
FAQ: Warum einen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand kaufen?
Warum weisen einige Fotodioden einen geringeren Parallelwiderstand auf?
Es kommt hauptsächlich auf die Siliziumreinheit, die Größe der aktiven Fläche und Fertigungsfehler an. Fotodioden mit einer größeren aktiven Fläche weisen einen geringeren Parallelwiderstand auf, da physisch mehr Raum für Oberflächenfehler und das Fließen von Bulk-Leckströmen vorhanden ist. Wenn Sie einen Detektor mit hohem Parallelwiderstand benötigen, sollten Sie den Kauf einer Fotodiode mit einer extrem großen aktiven Fläche vermeiden, sofern Ihr optisches Design dies nicht zwingend erfordert.
Kann ich den Shunt-Widerstandsparameter der Photodiode mit einem Standard-Multimeter messen?
Nein, versuchen Sie das nicht. Ein standardmäßiges Digitalmultimeter (DMM) legt zur Widerstandsmessung normalerweise eine Prüfspannung an (oft 1 V oder mehr). Diese Spannung ist viel zu hoch und versetzt den PN-Übergang der Fotodiode in Durchlassrichtung, was zu einem ungenauen, niedrigen Messwert führt. Um das Beste aus einem Detektor mit hohem Shunt-Widerstand herauszuholen, benötigen Sie eine hochsensible Source Measure Unit (SMU), die eine präzise Vorspannung von 10 mV anlegen und den resultierenden Leckstrom im Picoampere-Bereich messen kann.
Verbessert das Vorspannen einer Fotodiode in Sperrrichtung ihren Parallelwiderstand?
Nein. Eine Vorspannung in Sperrrichtung erhöht tatsächlich den Leckstrom (Dunkelstrom), der durch das Bauelement fließt. Während die Sperrvorspannung die Sperrschichtkapazität verringert (was die Ansprechzeit verkürzt), erhöht sie das Schrotrauschen. Wenn Sie bei einer Schwachlichtanwendung das niedrigstmögliche Grundrauschen anstreben, ist der Betrieb eines Detektors mit hohem Parallelwiderstand bei Nullvorspannung (Photovoltaik-Modus) fast immer der beste Weg.
Ist Rsh identisch mit dem dynamischen Widerstand der Fotodiode?
Ja, im Wesentlichen. Der dynamische Widerstand (rd) ist die lokale Steigung der I-V-Kennlinie (dV / dI) an jedem beliebigen Arbeitspunkt. Der Shunt-Widerstand (Rsh) ist schlichtweg der dynamische Widerstand, speziell ermittelt bei der Vorspannung Null (V = 0).
Sind Sie bereit, Ihre optische Sensorik auf die nächste Stufe zu heben?
Wenn Sie derzeit eine Schaltung zur Schwachlichterkennung, ein Laserleistungsmessgerät oder ein Galvo-basiertes optisches Trackingsystem entwerfen, lassen Sie die Leistung Ihres Systems nicht durch eine herkömmliche Fotodiode mit niedrigem Widerstand beeinträchtigen. Das Upgrade auf einen professionellen Detektor mit hohem Shunt-Widerstand ist der einfachste Weg, Ihre Analogsignale zu bereinigen und stundenlanges, frustrierendes Debugging der Schaltung zu vermeiden.
Unter BeePhoton, wir entwickeln und fertigen Hochleistungs-Silizium-PIN-Fotodioden, die als Detektoren mit hohem Shunt-Widerstand für anspruchsvollste rauscharme und Galvo-Positionierungsanwendungen optimiert sind. Ganz gleich, ob Sie die Zwei-Segment-Präzision des Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-2C3432-NIR-B oder die robuste NIR-Empfindlichkeit des Si-PIN-Photodioden für Galvo PDC-C2928-NIR-B, benötigen – wir haben die Hardware, um Ihr Projekt zum Erfolg zu führen.
Hören Sie auf, gegen Ihr Grundrauschen anzukämpfen. Kontaktieren Sie unsere Spezialisten für Optik noch heute unter info@photo-detector.com um Ihren Detektor mit hohem Shunt-Widerstand auszuwählen. Sie können Ihre Bestellung für kundenspezifische Tests aufgeben oder Evaluierungsmuster anfordern, um den Unterschied selbst zu erleben. Lassen Sie uns Ihnen helfen, ein rauschärmeres und präziseres System zu bauen.
