日期：2025-02-18
光敏二極管又稱光伏二極管，是一種光檢測器，根據使用方式不同，可將光轉換為電流或電壓信號。其核心常采用具有光敏特性的 PN 結，這種結對光的變化非常敏感，具有單向導電性，當光強度變化時，其電特性也會發生變化，因此可以利用光的強度來改變電路中的電流。光敏二極管是一種能將光信號轉變為電信號的半導體器件，二極管的核心部分也是PN結。它和一般的二極管相比，結構上的區別在于，PN結面積做得盡可能大，以利于入射光的接收，電極面積保持盡可能小并且PN結的結深很淺，一般小于1微米。光電二極管工作在反向電壓下，當沒有光照時，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，把能量傳遞給共價鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價鍵，從而產生稱為光生載流子的電子空穴對。它們在反向電壓作用下參與漂移運動，使反向電流明顯增大，光照強度越大，反向電流也越大。這種性質叫“光電導性”。光電二極管在正常光照下產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，就會從負載上得到一個電信號，這個信號隨著光照而變化。
光敏二極管一、有哪些特性
光敏二極管有五種特性：光譜特性、伏安特性、光特性、溫度特性和頻率響應特性。光電二極管與普通二極管類似，都能對電流進行放大，不同之處在于它的集電極電流不但受基極電路和電流控制，還受光輻射的控制。一般情況下，基極不引出，但在某些情況下，也有引出基極的，引出的基極起溫度補償和附加控制的作用。當具有光敏特性的PN結受到光輻射時，就會形成光電流，由此產生的光生電流從基極進入發射極，進而在集電極電路中給出放大的信號電流。不同材料制成的光電二極管，其光譜特性有所不同。
光敏二極管二、反向電流
光敏二極管在反向電壓下工作，無光照時反向電流很小(一般小于0.1微安)，稱為暗電流。有光照時，攜帶能量的光子進入PN結，將能量傳遞給共價鍵上束縛的電子，使部分電子脫離共價鍵，從而產生電子空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參與漂移運動，使反向電流明顯增大，光照強度越大，反向電流也越大。這種性質叫“光電導性”。光電二極管在正常光照下產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，就從負載上得到一個電信號，這個電信號隨著光照而變化。光敏二極管是電子電路中廣泛使用的感光器件。光電二極管和普通二極管一樣都有一個PN結，不同的是光電二極管的外殼上有一個透明窗口，用于接收光照射進行光電轉換，在電路圖中的文字符號通常為VD。
光電二極管三、有哪些應用?
PN 結光敏二極管的用途與其他類型的光電探測器相同，可用于光敏電阻、光電耦合器和光電倍增管等設備。它們可以根據接收到的光照輸出模擬電信號(例如在測量儀器中)，或在數字電路中切換不同狀態(例如控制開關、數字信號處理)。光電二極管還用于消費電子產品，例如 CD 播放器、煙霧探測器以及用于控制電視和空調的紅外遙控設備。對于許多應用，可以使用光敏二極管或其他光電導材料。它們都可用于測量光，并且經常用于相機的光度計、路燈亮度的自動調節等。
光敏二極管四、檢測光
所有類型的光傳感器均可用于檢測突然爆發的光或檢測同一電路系統內的發光。光敏二極管通常與發光裝置(通常是發光二極管)組合以形成通常稱為光耦合元件的模塊。這樣就可以通過分析接收到的光來分析外部機械部件(例如光斬波器)的運動。光敏二極管的另一個作用是充當模擬電路和數字電路之間的中介，以便可以使用光信號將兩個部分耦合，從而可以提高電路的安全性。在科學研究和工業中，光敏二極管通常用于精確測量光強度，因為它們比其他光電導材料具有更好的線性度。光電二極管還廣泛用于醫療應用，例如 X 射線計算機斷層掃描和脈搏檢測器。PIN 結光電二極管通常不用于測量極低的光強度。如果在低光條件下需要高靈敏度探測器，雪崩光電二極管、光電耦合元件或光電倍增管會很有用，例如在天文學、光譜學、夜視設備、激光測距儀和其他應用中。
光敏二極管五、有兩種主要工作模式
光伏模式：光伏模式：在沒有偏壓的情況下，光電二極管處于光伏模式，流出的電流受到抑制，在兩端積累一定的電位差。光敏二極管模式：光敏二極管模式：在此模式下，光敏二極管通常處于反向偏置狀態，這會大大縮短其響應時間，但會增加噪聲。同時，耗盡層寬度增加，從而減小結電容并進一步縮短響應時間。反向偏置會產生少量電流(飽和電流)，該電流與光電流的方向相同。對于特定的光譜分布，光電流與入射光強度成線性比例。光敏二極管的運作，是透過吸收光并將光的變化轉換成反向電流的變化而實現的。光產生的電流與暗電流的總和，就形成光電流。因此，需要盡可能地減小暗電流，以增加元件對光的敏感度，從而將光信號轉換成電信號。光電二極管是一種將光信號轉換成電信號的半導體器件，其核心部分也是pn結。與普通二極管相比，結構上的區別在于，為了便于接收入射光，PN結的面積盡可能大，電極面積盡可能小，結深很淺，一般小于1微米。
光敏二極管六、半導體光檢測
也被稱為雪崩光電二極體，這是一種半導體光檢測器，其工作原理與光電倍增管相似。當施加更高的反向偏壓(對于矽材料通常為100-200V)時，APD能夠透過電離碰撞(雪崩擊穿)的影響獲得大約100的內部電流增益。某些矽APD使用的摻雜技術與傳統APD不同，可以允許施加更高的電壓(>1500V)而不會被擊穿，從而獲得更大的增益(>1000)。一般來說，反向電壓越高，增益越大。 APD主要用于雷射測距機和長距離光纖通訊，此外，也開始被用于正電子斷層攝影和粒子物理等領域。 APD陣列也已經被商業化。
光敏二極管七、pn型
當我們將 P 型半導體與 N 型半導體連接在一起時，就形成了所謂的 pn 結二極管。在這種情況下，P 型材料中的空穴和 N 型材料中的電子將在結處結合，導致該區域失去電荷載流子，從而形成一種稱為耗盡區或空間電荷區的現象。我們可能直觀地認為 N 型半導體中的電子將繼續與 P 型半導體中的空穴在結處結合，直到所有電子和空穴都耗盡。然而，實際上，結附近的 N 型半導體由于損失了一些電子而帶正電，而 P 型半導體由于損失了一些空穴而帶負電。這些正離子和負離子在結處聚集，阻止電子和空穴進一步結合(正離子排斥空穴，負離子排斥電子)，最終達到平衡狀態。
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