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光敏二極管是一種用于將光轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體。光敏二極管又稱為光電探測(cè)器、光傳感器或光探測(cè)器,它們能夠發(fā)揮這一功能得益于其特殊的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。光敏二極管最基本、最重要的部分之一是 pn 結(jié)。這是兩層半導(dǎo)體材料之間的空間,p 型層有大量空穴,而 n 型層則充滿電子。雖然光電二極管有多種類型,但這是器件設(shè)計(jì)中一致的元素,通常稱為耗盡層。當(dāng)設(shè)備未檢測(cè)到光時(shí),設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的電流非常小(通常接近于零)。
光敏二極管是一種具有 PN 結(jié)的半導(dǎo)體器件,可將光子(或光)轉(zhuǎn)換為電流。P 層具有大量空穴(正極),N 層具有大量電子(負(fù)極)。光電二極管可以由多種材料制成,包括但不限于硅、鍺和砷化銦鎵。每種材料都利用不同的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)成本效益、更高的靈敏度、波長(zhǎng)范圍、低噪音水平甚至響應(yīng)速度。
在電子領(lǐng)域,紅外 LED 在遙控器、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和無(wú)線通信等應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用。然而,要了解它的工作原理并充分利用它的功能,了解紅外 LED 陽(yáng)極和陰極之間的區(qū)別非常重要。在本文中,我們將探討這兩個(gè)關(guān)鍵元件的工作原理以及它們?yōu)榧t外 LED 提供的獨(dú)特特性。加入我們的電子世界之旅,了解陽(yáng)極和陰極對(duì)紅外 LED 性能的重要性。在電子領(lǐng)域,LED(發(fā)光二極管)是通電后發(fā)光的重要元件。為了正確使用 LED,了解連接到電阻時(shí)陽(yáng)極和陰極的功能非常重要。
?光電二極管又稱光伏二極管,是一種光檢測(cè)器,根據(jù)使用方式不同,可將光轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)。其核心常采用具有光敏特性的 PN 結(jié),這種結(jié)對(duì)光的變化非常敏感,具有單向?qū)щ娦?,?dāng)光強(qiáng)度變化時(shí),其電特性也會(huì)發(fā)生變化,因此可以利用光的強(qiáng)度來(lái)改變電路中的電流。
在電路中,一個(gè) IR LED 始終亮起,另一個(gè) IR LED 連接到 PNP 晶體管的基極端子,因?yàn)樵?IR LED 充當(dāng)檢測(cè)器。該紅外傳感器電路所需的組件包括100 和 200 歐姆電阻器、BC547 和 BC557 晶體管、LED、IR LED-2。
?其白光 LED 發(fā)光效率在 20 mA 時(shí)達(dá)到 131 lm/W,創(chuàng)歷史新高。日亞化學(xué)公司開(kāi)發(fā)出一種白光 LED,在 20 mA 的正向電流下發(fā)光效率為 150 lm/W。 Cree 的 XLamp XM-L LED 于 2011 年上市,在 10 W 的全功率下可產(chǎn)生 100 lm/W 的光通量,在輸入功率約為 2 W 時(shí)可產(chǎn)生高達(dá) 160 lm/W 的光通量。 2012 年,Cree 推出了亮度為 254 lm/W 的白光 LED,并于 2014 年 3 月推出了 303 lm/W 的白光 LED。實(shí)用的普通照明需要 1 瓦或更高的高功率 LED。
LED 的內(nèi)部工作原理,顯示電路(頂部)和能帶圖(底部)PN 結(jié)可以將吸收的光能轉(zhuǎn)換成成比例的電流。此處的過(guò)程相反(即,當(dāng)施加電能時(shí),PN 結(jié)會(huì)發(fā)光)。這種現(xiàn)象通常稱為電致發(fā)光,可以定義為半導(dǎo)體在電場(chǎng)的影響下發(fā)射光。當(dāng)電子從 N 區(qū)穿過(guò)并與 P 區(qū)中存在的空穴重新結(jié)合時(shí),電荷載流子在正向偏置 PN 結(jié)中重新結(jié)合。自由電子位于能級(jí)的導(dǎo)帶中,而空穴位于價(jià)能帶中。因此,空穴的能級(jí)將小于電子的能級(jí)。為了使電子和空穴重新結(jié)合,必須耗散一部分能量。這種能量以熱和光的形式發(fā)射。
?在上述電路中,一個(gè) IR LED 始終亮起,另一個(gè) IR LED 連接到 PNP 晶體管的基極端子,因?yàn)樵?IR LED 充當(dāng)檢測(cè)器。該紅外傳感器電路所需的組件包括100 和 200 歐姆電阻器、BC547 和 BC557 晶體管、LED、IR LED-2。制作該紅外傳感器電路的分步過(guò)程包括以下步驟:使用所需組件根據(jù)電路圖連接組件將 IR LED 連接到 BC547 晶體管的基極端子將 IR LED 連接到同一晶體管的基極端子將 100Ω 電阻器連接到 IR LED 的其余引腳。
大功率LED紅外發(fā)射管的底端固定連接有鋁合金制成的散熱基板。由于大功率LED紅外發(fā)射管的底端還設(shè)置有鋁合金制成的散熱基板,因此當(dāng)大功率LED紅外發(fā)射管工作時(shí),大功率LED紅外發(fā)射管產(chǎn)生的熱量發(fā)射管可傳導(dǎo)至鋁合金散熱基板,散熱效率高,散熱效果好,積聚的熱量可通過(guò)散熱基板快速擴(kuò)散。因此,可以將大功率LED紅外發(fā)射管安裝在攝像機(jī)等安防監(jiān)控設(shè)備中,將大功率LED紅外發(fā)射管工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)快速散發(fā)出去。
當(dāng)物體放置在紅外傳感器前面(在范圍內(nèi))時(shí),發(fā)射器發(fā)出的光被物體反射回來(lái)并被光電二極管吸收。這稱為間接發(fā)生率。接收到的光量隨物體距接收器的距離而變化。物體越近,反射的光越多。因此,光電二極管串聯(lián)電阻上的壓降會(huì)較高(電壓與通過(guò)電阻的電流成正比),當(dāng)物體最接近時(shí),它會(huì)超過(guò)閾值并且輸出LED點(diǎn)亮。(接近閾值取決于您設(shè)置的值)您還可以將輸出引腳連接到微控制器(例如 Arduino)而不是 LED。這樣,當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí),您可以采取任何其他操作。
紅外接收頭是一種測(cè)量和檢測(cè)周圍環(huán)境中的紅外輻射的電子設(shè)備。紅外輻射是由一位名叫威廉·赫歇爾的天文學(xué)家在1800年偶然發(fā)現(xiàn)的。在測(cè)量每種顏色的光(由棱鏡分隔)的溫度時(shí),他注意到紅光之外的溫度最高。紅外線對(duì)人眼來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的,因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)(盡管它仍然處于相同的電磁頻譜上)。任何散發(fā)熱量的物體(所有溫度高于五開(kāi)氏度的物體)都會(huì)發(fā)出紅外線輻射。
在最基本的層面上,無(wú)源紅外(PIR)傳感器的工作原理與表盤(pán)式溫度計(jì)類似。在溫度計(jì)中,針連接到由兩種具有不同膨脹率的不同金屬制成的條帶。針根據(jù)兩種金屬之間的膨脹差異移動(dòng)。同樣,PIR 傳感器由兩個(gè)并排的插槽組成。這些槽由晶體材料制成,它們一起形成傳感器的表面。
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