日期：2024-12-24
光敏二極管又稱光伏二極管，是一種光檢測器，根據(jù)使用方式不同，可將光轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號。其核心常采用具有光敏特性的 PN 結(jié)，這種結(jié)對光的變化非常敏感，具有單向?qū)щ娦?，?dāng)光強度變化時，其電特性也會發(fā)生變化，因此可以利用光的強度來改變電路中的電流。光敏二極管管是一種能將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕陌雽?dǎo)體器件，二極管的核心部分也是PN結(jié)。
光敏二極管一、結(jié)構(gòu)上區(qū)別
它和一般的二極管相比，結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于，PN結(jié)面積做得盡可能大，以利于入射光的接收，電極面積保持盡可能小并且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管工作在反向電壓下，當(dāng)沒有光照時，反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱為暗電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)，把能量傳遞給共價鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價鍵，從而產(chǎn)生稱為光生載流子的電子空穴對。它們在反向電壓作用下參與漂移運動，使反向電流明顯增大，光照強度越大，反向電流也越大。這種性質(zhì)叫“光電導(dǎo)性”。光敏二極管在正常光照下產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，就會從負(fù)載上得到一個電信號，這個信號隨著光照而變化。
光敏二極管二、哪些特性
光敏二極管有五種特性：光譜特性、伏安特性、光特性、溫度特性和頻率響應(yīng)特性。光敏二極管與普通二極管類似，都能對電流進行放大，不同之處在于它的集電極電流不但受基極電路和電流控制，還受光輻射的控制。一般情況下，基極不引出，但在某些情況下，也有引出基極的，引出的基極起溫度補償和附加控制的作用。當(dāng)具有光敏特性的PN結(jié)受到光輻射時，就會形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流從基極進入發(fā)射極，進而在集電極電路中給出放大的信號電流。不同材料制成的光電二極管，其光譜特性有所不同。
光敏二極管三、如何工作
光敏二極管是一種將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，其核心也是一個PN結(jié)，其結(jié)構(gòu)與一般二極管不同之處在于，PN結(jié)面積盡量大，以利于入射光的接收，電極面積盡量小，PN結(jié)結(jié)深很淺，一般小于1μm。光敏二極管在反向電壓下工作，無光照時反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱為暗電流。有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)，將能量傳遞給共價鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參與漂移運動，使反向電流明顯增大，光照強度越大，反向電流也越大。這種性質(zhì)叫“光電導(dǎo)性”。光敏二極管在正常光照下產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，就從負(fù)載上得到一個電信號，這個電信號隨著光照而變化。光敏二極管是電子電路中廣泛使用的感光器件。光敏二極管和普通二極管一樣都有一個PN結(jié)，不同的是光電二極管的外殼上有一個透明窗口，用于接收光照射進行光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中的文字符號通常為VD。
光敏二極管四、哪些應(yīng)用
PN 結(jié)光敏二極管的用途與其他類型的光電探測器相同，可用于光敏電阻、光電耦合器和光電倍增管等設(shè)備。它們可以根據(jù)接收到的光照輸出模擬電信號(例如在測量儀器中)，或在數(shù)字電路中切換不同狀態(tài)(例如控制開關(guān)、數(shù)字信號處理)。光電二極管還用于消費電子產(chǎn)品，例如 CD 播放器、煙霧探測器以及用于控制電視和空調(diào)的紅外遙控設(shè)備。對于許多應(yīng)用，可以使用光敏二極管或其他光電導(dǎo)材料。它們都可用于測量光，并且經(jīng)常用于相機的光度計、路燈亮度的自動調(diào)節(jié)等。所有類型的光傳感器均可用于檢測突然爆發(fā)的光或檢測同一電路系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)光。光敏二極管通常與發(fā)光裝置(通常是發(fā)光二極管)組合以形成通常稱為光耦合元件的模塊。這樣就可以通過分析接收到的光來分析外部機械部件(例如光斬波器)的運動。光敏二極管的另一個作用是充當(dāng)模擬電路和數(shù)字電路之間的中介，以便可以使用光信號將兩個部分耦合，從而可以提高電路的安全性。
光敏二極管五、精確測量光強度
在科學(xué)研究和工業(yè)中，光電二極管通常用于精確測量光強度，因為它們比其他光電導(dǎo)材料具有更好的線性度。光電二極管還廣泛用于醫(yī)療應(yīng)用，例如 X 射線計算機斷層掃描和脈搏檢測器。PIN 結(jié)光敏二極管通常不用于測量極低的光強度。如果在低光條件下需要高靈敏度探測器，雪崩光敏二極管、光電耦合元件或光電倍增管會很有用，例如在天文學(xué)、光譜學(xué)、夜視設(shè)備、激光測距儀和其他應(yīng)用中。
光敏二極管六、工作原理
光敏二極管是由 PIN(pn 結(jié))結(jié)構(gòu)組成的器件，當(dāng)光線照射到光電二極管上時，通過稱為內(nèi)光電效應(yīng)的過程產(chǎn)生電子-空穴對。二極管內(nèi)部的電場移動這些粒子，將空穴送往陽極，將電子送往陰極，從而產(chǎn)生光電流。當(dāng)光在二極管電場附近被吸收時，就會發(fā)生這種情況。光電二極管工作原理圖光電流(來自光照)和暗電流(即使在沒有光照的情況下也會流動)組成總電流。降低暗電流對于提高光電二極管的靈敏度至關(guān)重要。光電導(dǎo)模式：光敏二極管在光電導(dǎo)模式下是反向偏置的，這意味著陰極比陽極更正。因此，耗盡層會擴大，從而降低電容并加快電子收集速度，從而縮短響應(yīng)時間。光電流基本保持恒定，盡管反向偏置也會導(dǎo)致暗電流。此模式速度更快，但也可能因雪崩效應(yīng)或暗電流而產(chǎn)生更多電噪聲。由于優(yōu)質(zhì) PIN 二極管的漏電流非常低(小于 1 nA)，因此電路電阻通常會造成大部分噪聲。
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