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光电二极管
阅读:14977时间:2010-09-29 15:07:40

  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。
  光电二级管是怎样把光信号转换成电信号的呢?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。

工作原理

  光电二极管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。

主要技术参数

  1.最高反向工作电压;
  2.暗电流;
  3.光电流;
  4.灵敏度;
  5.结电容;
  6.正向压降;
  7.响应时间。

检测方法

  (1)电阻测量法
  用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下,反向电阻为∞时,这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大);有光照时,反向电阻随光照强度增加而减小,阻值可达到几kΩ或1kΩ以下,则管子是好的;若反向电阻都是∞或为零,则管子是坏的。
  (2)电压测量法
  用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在光照下,其电压与光照强度成比例,一般可达0.2—0.4V。
  (3)短路电流测量法
  用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极,黑表笔接“—”极,在白炽灯下(不能用日光灯),随着光照增强,其电流增加是好的,短路电流可达数十至数百μA。
  在实际工作中,有时需要区别是红外发光二极管,还是红外光电二极管(或者是光电三极管)。其方法是:若管子都是透明树脂封装,则可以从管芯安装外来区别。红外发光二极管管芯下有一个浅盘,而光电二极管和光电三极管则没有;若管子尺寸过小或黑色树脂封装的,则可用万用表(置1k挡) 来测量电阻。用手捏住管子(不让管子受光照),正向电阻为20-40kΩ,而反向电阻大于200kΩ的是红外发光二极管;正反向电阻都接近∞的是光电三极管;正向电阻在10k左右,反向电阻接近∞的是光电二极管。

主要特性

  1、光电二极管的伏安特性。
  光电二极管的伏安特性是指光电二极管上所产生的光电流与其两端所加电压之间的关系。

光电二极管伏安特性图


  2、光电二极管的光照特性
  当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一定时,光通量与光电流之间的关系。光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。
  3、光电二极管的光谱特性
  光电二极管的光电流与入射光的波长的关系叫光谱特性。光子能量的大小与光的波长有关:波长越长,光子具有的能量越小;相反,波长越短,光子具有的能量越大。

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