什么是光电二极管?工作，V-I特性，应用

什么是光电二极管?

它是一种将光能转换成电能(电压或电流)的光传感器。光电二极管是一种具有PN结的半导体器件。在p(正)层和n(负)层之间，存在一个固有层。光电二极管接受光能作为输入产生电流。

它也被称为光探测器，光传感器或光探测器。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有硅、锗、砷化镓磷化铟和砷化镓铟。

在内部，光电二极管有光学滤光片，内置于透镜和一个表面积。当光电二极管的表面积增大时，响应时间缩短。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。较小的端子作阴极，较长的端子作阳极。

光电二极管的符号与LED类似，但在LED中箭头指向内而不是向外。下图显示了光电二极管的符号。

光电二极管的工作原理

一般来说，当一盏灯照亮PN结时，共价键就电离了。这会产生空穴和电子对。光电是由于电子-空穴对的产生而产生的。当能量超过1.1eV的光子撞击二极管时，就会形成电子空穴对。当光子进入二极管耗尽区时，会以高能撞击原子。这导致电子从原子结构中释放出来。电子释放后，产生自由电子和空穴。

一般来说，电子带负电荷，空穴带正电荷。消耗的能量会有内在的电场．由于电场的作用，电子-空穴对远离结。因此，空穴移动到阳极，电子移动到阴极产生光电流。

光子吸收强度与光子能量成正比。当照片的能量较小时，吸收就会较多。这整个过程被称为内光电效应。

内在激发和外在激发是光子激发发生的两种方法。当价带中的电子被光子激发到导带时，就发生了本征激发过程。

也读”不同类型的传感器”

光电二极管的工作模式

光电二极管工作在三种不同的模式。它们是:

• 光伏模式
• 光电导模式
• 雪崩二极管模式

让我们简单看看这些模式。

光伏模式

这也被称为零偏置模式。当光电二极管工作在低频应用和超电平光应用时，这种模式是首选。当光电二极管受到闪光照射时，就产生电压。产生的电压动态范围很小，具有非线性特性。当光电二极管在这种模式下配置OP-AMP时，随温度的变化很小。

光电导模式

在这种模式下，光电二极管将在反向偏置状态下工作。阴极是正的，阳极是负的。当反向电压增大时，耗尽层的宽度也增大。因此，响应时间和结电容将会降低。相对而言，这种操作方式速度快，而且会产生电子噪声。

跨阻放大器用作光电二极管的前置放大器。这种放大器的模式保持电压保持恒定，使光电二极管工作在光导模式下。

雪崩二极管模式

在这种模式下，雪崩二极管在高反向偏置条件下工作。它允许雪崩击穿对每一个光电产生的电子-空穴对的倍增。因此，这在光电二极管内产生内部增益。内部增益增加了器件的响应。

在外部电路中连接一个光电二极管

光电二极管在反向偏置的电路中工作。阳极连接到电路接地，阴极连接到电路的正电源电压。当光线照射时，电流从阴极流向阳极。

当光电二极管与外部电路一起使用时，它们被连接到电路中的电源上。光电二极管产生的电流非常小。这个电流值不足以驱动电子设备。因此，当它们连接到外部电源时，就会向电路输送更多电流。因此，电池被用作电源。电池源有助于增加电流值，使外部器件具有更好的性能

光电二极管的V-I特性

光电二极管在反向偏置条件下工作。反向电压沿X轴以伏特表示，反向电流沿y轴以微安表示。反向电流不依赖于反向电压。当没有光照时，反向电流几乎为零。目前的最小电流量称为暗电流。当光照增加时，反向电流也线性增加。

光电二极管的应用

• 光电二极管用于许多简单的日常应用。使用它们的原因是光电二极管对光照的线性响应。当更多的光照射到传感器上时，它就会产生大量的电流。电流的增加将显示在连接电路的电流计上。
• 光电二极管借助于光耦合器帮助提供电隔离。当两个隔离电路被光照射时，用光耦合器对电路进行光耦合。但是电路将被电隔离。与传统器件相比，光耦合器速度快。
• 光电二极管也用于安全电子产品，如火灾和烟雾探测器。它也用于电视机。
• 在相机中使用时，它们就像照片传感器一样。它被用于闪烁体、电荷耦合器件、光导体和光电倍增管。
• 光电二极管也被广泛应用于许多医疗应用，如样品分析仪器、计算机断层扫描探测器和血气监测器。