光敏二極管

光敏二極管

光探測器
光敏二極管,又叫光電二極管(英語:photodiode)是一種能夠将光根據使用方式,轉換成電流或者電壓信号的光探測器。管芯常使用一個具有光敏特征的PN結,對光的變化非常敏感,具有單向導電性,而且光強不同的時候會改變電學特性,因此,可以利用光照強弱來改變電路中的電流。
    中文名:光敏二極管 外文名: 用途: 英文名:photodiode 作用:将光信号變成電信号 别稱:光電二極管

簡介

1、光敏二極管又稱光電二極管,是一種光電轉換器件,也就是說能把接收到的光的變化,轉變成電流的變化。目前使用最多的是Si(矽)光電二極管。它有四種類型:PN結型,PIN結型,雪崩型和肖特基結型,主要用于自動控制、如光耦合、光電讀出裝置、紅外線遙控裝置、紅外防盜、路燈的自動控制、過程控制、編碼器、譯碼器等。

2、光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結,具有單向導電性,因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流,此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加,形成光電流,它随入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時,可以使PN結中産生電子一空穴對,使少數載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移,使反向電流增光敏二極管加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。常見的有2CU、2DU等系列。

3、光敏三極管和普通三極管相似,也有電流放大作用,隻是它的集電極電流不隻是受基極電路和電流控制,同時也受光輻射的控制。

通常基極不引出,但一些光敏三極管的基極有引出,用于溫度補償和附加控制等作用。當具有光敏特性的PN結受到光輻射時,形成光電流,由此産生的光生電流由基極進入發射極,從而在集電極回路中得到一個放大了相當于β倍的信号電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性,與光敏二極管相比,具有很大的光電流放大作用,即很高的靈敏度。

工作原理

光敏二極管是将光信号變成電信号的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結,和普通二極管相比,在結構上不同的是,為了便于接受入射光照,PN結面積盡量做的大一些,電極面積盡量小些,而且PN結的結深很淺,一般小于1微米。

光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時,反向電流很小(一般小于0、1微安),稱為暗電流。當有光照時,攜帶能量的光子進入PN結後,把能量傳給共價鍵上的束縛電子,使部分電子掙脫共價鍵,從而産生電子---空穴對,稱為光生載流子。

它們在反向電壓作用下參加漂移運動,使反向電流明顯變大,光的強度越大,反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光敏二極管在一般照度的光線照射下,所産生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載,負載上就獲得了電信号,而且這個電信号随着光的變化而相應變化。

光敏二極管、光敏三極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光敏二極管和普通二極管一樣具有一個PN結,不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射,實現光電轉換,在電路圖中文字符号一般為VD。光敏三極管除具有光電轉換的功能外,還具有放大功能,在電路圖中文字符号一般為VT。光敏三極管因輸入信号為光信号,所以通常隻有集電極和發射極兩個引腳線。同光敏二極管一樣,光敏三極管外殼也有一個透明窗口,以接收光線照射。

基本特性

(1)光譜特性

(2)伏安特性

(3)光照特性

(4)溫度特

(5)頻率響應性

檢測方法

檢測光敏二極管,可用萬用表Rx1k電阻檔。當沒有光照射在光敏二極管時,它和普通的二極管一樣,具有單向導電作用。正向電阻為8-9kΩ,反向電阻大于5MΩ。如果不知道光敏二極管的正負極,可用測量普通二極管正、負極的辦法來确定,當測正向咆阻時,黑表筆接的就是光敏二極管的正極。

當光敏二極管處在反向連接時,即萬用表紅表筆接光敏二極管正極,黑表筆接光敏二極管負極,此時電阻應接近無窮大(無光照射時),當用光照射到光敏二極管上時,萬用表的表針應大幅度問右偏轉,當光很強時,表針會打到0刻度右邊。

當測量帶環極的光敏二極管時,環極和後極(正極)也相當一個光敏二極管,其性能也具有單向導電作用和見光後反向電阻大大下降。

區分環極和前極的辦法是,在反向連接情況下,讓不太強的光照在光敏二極管上,阻值略小的是前極,阻值略大的是環極。

光敏二極管是利用矽PN結受光照後産生光電流的一種光電器件。光敏二極管的結構與普通半導體二極管在結構上是相似的、有的光敏二極管為了提高其穩定性,還外加了一個屏蔽接地腳,外形似光敏三極管。光敏二極管工作于反向偏壓,其光譜響應特性主要由半導體材料中所摻的雜質濃度所決定。

同一型号的光敏二極管在一定的反偏電壓、相同強度和不同波長的入射光照射下,産生的光電流并不相同,但有一最大值。不同型号的光敏二極管在同一反偏電壓、同一強度的入射光照射下,所産生的光電流最大值也不相同,且光電流最大值所對應的入射光的波長也不相同。

光敏二極管在設計和制作時盡量使PN結的面積相對較大,以便接收入射光,光敏二極管是在反向電壓作用下工作的,沒有光照時,反向電流極其微弱,叫暗電流;有光照時,反向電流迅速增大到幾十微安,稱為光電流,光的強度越大,反向電流也越大,光的變化引起光電二極管電流變化,這就可以把光信号轉換成電信号,成為光電傳感器件。

結構設置

當光照通過天窗或玻璃凸鏡人射在PN結上時,由于吸收光能址則使PN結附近逸出大量自由電子,相應地也産生相同數量空穴,随着自由電子一空穴對的不斷增加,光電流也不斷增加。其光電流量值與照度成正比。光敏二極管的PN結設置于透明管殼的内部墓座上,可以通過透明天窗或玻璃凸鏡接受光照,它在電路中采用反向偏置接法。

主要參數

光敏小,一般為光敏二極管負載的1/10。

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