光敏二極管的工作原理以及光敏二極管的應(yīng)用

光敏二極管工作原理

光敏二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)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(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.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)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(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⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。光敏二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(gè)PN結(jié)，不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號(hào)一般為VD。

光敏二極管的特性

光敏二極管的特性有五個(gè)：光譜特性、伏安特性、光照特性、溫度特性以及頻率響應(yīng)特性。光敏二極管和普通二極管相似，都對(duì)電流有放大的作用，不同的是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，它還要受光輻射的控制。一般情況下基極不引出，但有些的基極有引出，引出的基極有溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。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，產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入到發(fā)射極，進(jìn)而在集電極回路中得到一個(gè)放大了的信號(hào)電流。用不同材料制作而成的光敏極管具有不同的光譜特性。

光敏二極管的應(yīng)用

PN結(jié)型光電二極管與其他類型的光探測(cè)器一樣，在諸如光敏電阻、感光耦合元件以及光電倍增管等設(shè)備中有著廣泛應(yīng)用。它們能夠根據(jù)所受光的照度來輸出相應(yīng)的模擬電信號(hào)（例如測(cè)量儀器）或者在數(shù)字電路的不同狀態(tài)間切換（例如控制開關(guān)、數(shù)字信號(hào)處理）。光電二極管在消費(fèi)電子產(chǎn)品，例如CD播放器、煙霧探測(cè)器以及控制電視機(jī)、空調(diào)的紅外線遙控設(shè)備中也有應(yīng)用。對(duì)于許多應(yīng)用產(chǎn)品來說，可以使用光電二極管或者其他光導(dǎo)材料。它們都可以被用于測(cè)量光，常常工作在照相機(jī)的測(cè)光器、路燈亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)等。

所有類型的光傳感器都可以用來檢測(cè)突發(fā)的光照，或者探測(cè)同一電路系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)光。光電二極管常常和發(fā)光器件（通常是發(fā)光二極管）被合并在一起組成一個(gè)模塊，這個(gè)模塊常被稱為光電耦合元件。如果這樣就能通過分析接收到光照的情況來分析外部機(jī)械元件的運(yùn)動(dòng)情況（例如光斬波器）。光電二極管另外一個(gè)作用就是在模擬電路以及數(shù)字電路之間充當(dāng)中介，這樣兩段電路就可以通過光信號(hào)耦合起來，這可以提高電路的安全性。

在科學(xué)研究和工業(yè)中，光電二極管常常被用來精確測(cè)量光強(qiáng)，因?yàn)樗绕渌鈱?dǎo)材料具有更良好的線性。在醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備中，光電二極管也有著廣泛的應(yīng)用，例如X射線計(jì)算機(jī)斷層成像以及脈搏探測(cè)器。PIN結(jié)型光電二極管一般不用來測(cè)量很低的光強(qiáng)。如果弱光情況下需要高靈敏度探測(cè)器，雪崩光電二極管、感光耦合元件或者光電倍增管就能發(fā)揮作用，例如天文學(xué)、光譜學(xué)、夜視設(shè)備、激光測(cè)距儀等應(yīng)用產(chǎn)品。

fqj