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五月 22 2020

光电二极管的工作原理

  光电二极管(也叫光敏二极管)是将光信号变成电信号的半导体器件,与光敏电阻相比具有灵敏度高、高频性能好,可靠性好、体积小、使用方便等优点。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。

光电二极管

光电二极管

  工作原理

  光电二极管的核心部分是一个PN 结,为了便于接受入射光照,在光电二极管的管壳上有一个能射入光线的窗口,窗口上镶着玻璃透镜,光线可通过透镜照射到管芯,而且PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些, PN 结的结深很浅,一般小于1微米,这主要是为了提高光的转换效率。

  其基本原理是当光照在二极管上时,被吸收的光能转换成电能。光电二极管工作在反向电压作用下,只通过微弱的电流(一般小于0.1微安),称为暗电流,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电子,使有些电子挣脱共价键,而产生电子-空穴对,称为光生载流子,因为光生载流子的数目是有限的,而光照前多子的数目远大于光生载流子的数目,所以光生载流子对多子的影响是很小的,但少子的数目少有比较大的影响,这就是为什么光电二极管是工作在反向电压下而不是正向电压下,于是在反向电压作用下被光生载流子影响而增加的少子参加漂流运动,在P区,光生电子扩散到PN结,如果P区厚度小于电子扩散长度,那么大部分光生电子将能穿过P区到达PN结,在N区也是相同的道理,也因此光电二极管在制作时,PN结的结深很浅,以促使少子的漂移。

  综上若光的强度越大,反向电流也就越大,这种特性称为光导电,而这种现象引起的电流称为光电流。总的来说光电二极管的工作是一个吸收的过程,它将光的变化转换成反向电流的变化,光照产生电流和暗电流的综合就是光电流,因此光电二极管的暗电流因尽量最小化来提器件对光的灵敏度,光的强度与光电流成正比,因而就可以把光信号转换成电信号。

基本工作原理

  基本工作原理图

  以上就是光电二极管的工作原理介绍了,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等。

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