日期：2025-02-18
光敏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。光敏二極管是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的半導(dǎo)體器件，二極管的核心部分也是PN結(jié)。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(méi)有光照時(shí)，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(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)，把能量傳遞給共價(jià)鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生稱為光生載流子的電子空穴對(duì)。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⑴c漂移運(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯增大，光照強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種性質(zhì)叫“光電導(dǎo)性”。光電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(huì)從負(fù)載上得到一個(gè)電信號(hào)，這個(gè)信號(hào)隨著光照而變化。
光敏二極管一、有哪些特性
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。光電二極管與普通二極管類似，都能對(duì)電流進(jìn)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(bǔ)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(shí)，就會(huì)形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流從基極進(jìn)入發(fā)射極，進(jìn)而在集電極電路中給出放大的信號(hào)電流。不同材料制成的光電二極管，其光譜特性有所不同。
光敏二極管二、反向電流
光敏二極管在反向電壓下工作，無(wú)光照時(shí)反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱為暗電流。有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)，將能量傳遞給共價(jià)鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⑴c漂移運(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯增大，光照強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種性質(zhì)叫“光電導(dǎo)性”。光電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(gè)電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)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。光電二極管和普通二極管一樣都有一個(gè)PN結(jié)，不同的是光電二極管的外殼上有一個(gè)透明窗口，用于接收光照射進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中的文字符號(hào)通常為VD。
光電二極管三、有哪些應(yīng)用?
PN 結(jié)光敏二極管的用途與其他類型的光電探測(cè)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(hào)(例如在測(cè)量?jī)x器中)，或在數(shù)字電路中切換不同狀態(tài)(例如控制開(kāi)關(guān)、數(shù)字信號(hào)處理)。光電二極管還用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，例如 CD 播放器、煙霧探測(cè)器以及用于控制電視和空調(diào)的紅外遙控設(shè)備。對(duì)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(cè)量光，并且經(jīng)常用于相機(jī)的光度計(jì)、路燈亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)等。
光敏二極管四、檢測(cè)光
所有類型的光傳感器均可用于檢測(cè)突然爆發(fā)的光或檢測(cè)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(guò)分析接收到的光來(lái)分析外部機(jī)械部件(例如光斬波器)的運(yùn)動(dòng)。光敏二極管的另一個(gè)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(hào)將兩個(gè)部分耦合，從而可以提高電路的安全性。在科學(xué)研究和工業(yè)中，光敏二極管通常用于精確測(cè)量光強(qiáng)度，因?yàn)樗鼈儽绕渌怆妼?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(jì)算機(jī)斷層掃描和脈搏檢測(cè)器。PIN 結(jié)光電二極管通常不用于測(cè)量極低的光強(qiáng)度。如果在低光條件下需要高靈敏度探測(cè)器，雪崩光電二極管、光電耦合元件或光電倍增管會(huì)很有用，例如在天文學(xué)、光譜學(xué)、夜視設(shè)備、激光測(cè)距儀和其他應(yīng)用中。
光敏二極管五、有兩種主要工作模式
光伏模式：光伏模式：在沒(méi)有偏壓的情況下，光電二極管處于光伏模式，流出的電流受到抑制，在兩端積累一定的電位差。光敏二極管模式：光敏二極管模式：在此模式下，光敏二極管通常處于反向偏置狀態(tài)，這會(huì)大大縮短其響應(yīng)時(shí)間，但會(huì)增加噪聲。同時(shí)，耗盡層寬度增加，從而減小結(jié)電容并進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間。反向偏置會(huì)產(chǎn)生少量電流(飽和電流)，該電流與光電流的方向相同。對(duì)于特定的光譜分布，光電流與入射光強(qiáng)度成線性比例。光敏二極管的運(yùn)作，是透過(guò)吸收光并將光的變化轉(zhuǎn)換成反向電流的變化而實(shí)現(xiàn)的。光產(chǎn)生的電流與暗電流的總和，就形成光電流。因此，需要盡可能地減小暗電流，以增加元件對(duì)光的敏感度，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電二極管是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，其核心部分也是pn結(jié)。與普通二極管相比，結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于，為了便于接收入射光，PN結(jié)的面積盡可能大，電極面積盡可能小，結(jié)深很淺，一般小于1微米。
光敏二極管六、半導(dǎo)體光檢測(cè)
也被稱為雪崩光電二極體，這是一種半導(dǎo)體光檢測(cè)器，其工作原理與光電倍增管相似。當(dāng)施加更高的反向偏壓(對(duì)于矽材料通常為100-200V)時(shí)，APD能夠透過(guò)電離碰撞(雪崩擊穿)的影響獲得大約100的內(nèi)部電流增益。某些矽APD使用的摻雜技術(shù)與傳統(tǒng)APD不同，可以允許施加更高的電壓(>1500V)而不會(huì)被擊穿，從而獲得更大的增益(>1000)。一般來(lái)說(shuō)，反向電壓越高，增益越大。 APD主要用于雷射測(cè)距機(jī)和長(zhǎng)距離光纖通訊，此外，也開(kāi)始被用于正電子斷層攝影和粒子物理等領(lǐng)域。 APD陣列也已經(jīng)被商業(yè)化。
光敏二極管七、pn型
當(dāng)我們將 P 型半導(dǎo)體與 N 型半導(dǎo)體連接在一起時(shí)，就形成了所謂的 pn 結(jié)二極管。在這種情況下，P 型材料中的空穴和 N 型材料中的電子將在結(jié)處結(jié)合，導(dǎo)致該區(qū)域失去電荷載流子，從而形成一種稱為耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)的現(xiàn)象。我們可能直觀地認(rèn)為 N 型半導(dǎo)體中的電子將繼續(xù)與 P 型半導(dǎo)體中的空穴在結(jié)處結(jié)合，直到所有電子和空穴都耗盡。然而，實(shí)際上，結(jié)附近的 N 型半導(dǎo)體由于損失了一些電子而帶正電，而 P 型半導(dǎo)體由于損失了一些空穴而帶負(fù)電。這些正離子和負(fù)離子在結(jié)處聚集，阻止電子和空穴進(jìn)一步結(jié)合(正離子排斥空穴，負(fù)離子排斥電子)，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。
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