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光敏二极管的工作原理和应用分析

发布时间:2019-07-09

【导读】光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
 
光敏二极管工作原理
光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
 
光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1微安),称为暗电流。当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对,称为光生载流子。
 
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
 
光敏二极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光敏二极管和普通二极管一样具有一个PN结,不同之处是在光敏二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射,实现光电转换,在电路图中文字符号一般为VD。
 
光敏二极管的工作原理和应用分析
 
光敏二极管的特性
光敏二极管的特性有五个:光谱特性、伏安特性、光照特性、温度特性以及频率响应特性。光敏二极管和普通二极管相似,都对电流有放大的作用,不同的是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制,它还要受光辐射的控制。一般情况下基极不引出,但有些的基极有引出,引出的基极有温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的PN结受到光辐射时,就会形成光电流,产生的光生电流由基极进入到发射极,进而在集电极回路中得到一个放大了的信号电流。用不同材料制作而成的光敏极管具有不同的光谱特性。
 
光敏二极管的工作原理和应用分析
 
光敏二极管的应用
PN结型光电二极管与其他类型的光探测器一样,在诸如光敏电阻、感光耦合元件以及光电倍增管等设备中有着广泛应用。它们能够根据所受光的照度来输出相应的模拟电信号(例如测量仪器)或者在数字电路的不同状态间切换(例如控制开关、数字信号处理)。
 
光电二极管在消费电子产品,例如CD播放器、烟雾探测器以及控制电视机、空调的红外线遥控设备中也有应用。对于许多应用产品来说,可以使用光电二极管或者其他光导材料。它们都可以被用于测量光,常常工作在照相机的测光器、路灯亮度自动调节等。
 
所有类型的光传感器都可以用来检测突发的光照,或者探测同一电路系统内部的发光。光电二极管常常和发光器件(通常是发光二极管)被合并在一起组成一个模块,这个模块常被称为光电耦合元件。如果这样就能通过分析接收到光照的情况来分析外部机械元件的运动情况(例如光斩波器)。光电二极管另外一个作用就是在模拟电路以及数字电路之间充当中介,这样两段电路就可以通过光信号耦合起来,这可以提高电路的安全性。
 
在科学研究和工业中,光电二极管常常被用来精确测量光强,因为它比其他光导材料具有更良好的线性。
 
在医疗应用设备中,光电二极管也有着广泛的应用,例如X射线计算机断层成像以及脉搏探测器。
 
PIN结型光电二极管一般不用来测量很低的光强。如果弱光情况下需要高灵敏度探测器,雪崩光电二极管、感光耦合元件或者光电倍增管就能发挥作用,例如天文学、光谱学、夜视设备、激光测距仪等应用产品。
 
 
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