光电二极管

光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。

 

一、什么是光电二极管

光电二极管是一种将光转换为电流的半导体器件,在 p(正)和 n(负)层之间,存在一个本征层。光电二极管接受光能作为输入以产生电流。光电二极管也被称为光电探测器,光电传感器或光探测器。

光电二极管工作在反向偏置条件下,即光电二极管的p-侧与电池(或电源)的负极相连,n-侧与电池的正极相连。典型的光电二极管材料是硅、锗、磷化砷化铟镓和砷化铟镓。

在内部,光电二极管具有滤光器、内置透镜和表面区域。当光电二极管的表面积增加时,会缩短响应时间。很少有光电二极管看起来像发光二极管 (LED)。它有两个终端,如下所示。较小的端子用作阴极,较长的端子用作阳极。

二、光电二极管符号

光电二极管符号

三、光电二极管工作原理

光电二极管的原理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。

光电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”。光电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。

光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个 PN 结,不同之处是在光电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。光电三极管除具有光电转换的功能外,还具有放大功能,在电路图中文字符号一般为 VT。光电三极管因输入信号为光信号,所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样,光电三极管外壳也有一个透明窗口,以接收光线照射。

普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使 PN 结的面积相对较大,以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;有光照时,反向电流迅速增大到几十微安,称为光电流。光的强度越大,反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化,这就可以把光信号转换成电信号,成为光电传感器件。

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