发光二极管的结构,发光二极管内部结构

用于光信号接收的光电二极管

VI 光电二极管应用

具体的光电二极管应用是：

1. 光电管

光电管本质上是一个大面积的PN结。当光在一个 PN 结表面上发射时，例如 P 区表面，如果光子能量大于半导体材料的禁带带宽，则 P 区中的每个光子都会产生一个自由电子-空穴对。

光电管

电子-空穴对迅速向内扩散，并在结电场下形成与光强相关的电动势。

这时候，如果我们把它作为电源，连接到外部电路，只要有光，它就会持续供电，这就是光电池。换句话说，光电池是一种没有偏置电压的PN结光电器件。它可以直接将光能转化为电能。

2.太阳能电池

太阳能电池是一种半导体器件。当阳光照射到半导体上时，一部分被反射，其余部分被吸收或穿透半导体。

一些吸收的光变成热，而其他光子与构成半导体的价电子碰撞，从而产生电子-空穴对。这样，光能就转化为电能。

因此，在太阳光照射后，太阳能电池的两端会产生直流电压，从而将太阳光能量直接转化为直流电流。如果我们将金属引线焊接到 P 层和 N 层，并连接负载，电流将流过外部电路。

这样，如果我们把光电管串并联起来，就可以产生一定的电压和电流，从而输出功率。

3、光伏发电照明系统

光伏发电系统是利用太阳能电池将太阳能转化为电能的发电系统。它利用光伏效应。

主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。可靠性高、使用寿命长、无污染、独立发电、光电二极管并网运行。

由于光电二极管光伏模式受光线、温度等外界环境因素影响较大，工作点变化较快。有独立发电系统和并网发电系统。

(1) 独立光伏发电系统

独立光伏发电系统是一种不接入电网的发电方式。它需要电池来为夜间储存能量。独立太阳能光伏发电主要用于偏远村庄和家庭

伏发电系统结构图

（2）并网光伏发电系统

并网光伏发电系统接入国家电网为电网供电。它不需要电池。住宅光伏发电系统大多在家庭中。它们还用于公共设施、夜间景观照明系统和太阳能农场。

光电二极管的其他应用有：

• 用作光传感器的光电二极管。由于其中的电流与光的强度成正比，因此也用于测量光的强度。
• 可以使用烟雾探测器中的光电二极管来感知烟雾和火灾。
• 光电二极管与led配合制作光隔离器和光耦合器
• 在太阳能电池板中用作太阳能电池
• 用于条码扫描器、字符识别
• 用于障碍物检测系统，
• 可在打印机中用作页面存在和页面计数器
• 用于接近检测、血氧计
• 它也用于光学编码器和解码器
• 光信息传输，基于光纤的通信
• 位置传感器

有四个主要参数用于选择正确的光电二极管以及是否对光电二极管进行反向偏置。

暗电流

在光电导模式下，当没有光时，通过光电二极管的电流为暗电流。光电二极管中的暗电流包括半导体结的辐射电流和饱和电流。必须提前测量。特别是在精密光功率测量中，必须仔细考虑和纠正暗电流引起的误差。

光电二极管响应时间

响应速率是光导模式下的光电流与应急灯的比值，单位为 A/W。响应特性也可以表示为光电二极管的量子效率，即光产生的载流子数与应急光光子数之比。

噪声等效功率（NEP）

噪声等效功率是指产生光电流所需的最小光功率，它等于 1 Hz 时噪声功率的 RMS。它大约等于光电二极管的最小可检测输入功率。一个相关的属性是检测率 (D)，它是噪声等效功率的倒数。

频率响应特性

主要由三个因素决定：

(1)耗尽层附近光生载流子的扩散时间；

(2) 耗尽层中光生载流子的漂移时间；

(3)由负载电阻和并联电容决定的电路时间常数。

其他重要参数包括材料、光电二极管和有源区域的尺寸以及成本。在采购你需要的光电二极管时，需要仔细考虑。

由不同材料（硅、锗、砷化铟镓磷化物或砷化铟镓）制成的光电二极管具有不同级别的灵敏度以及不同的速度和暗电流。例如，硅对约 400 到 1000 nm 的波长提供灵敏度。然而，它在较高波长（~900 nm）下具有最高的灵敏度。

另一方面，锗对约 800 至 1600 nm 之间的波长（峰值约 1400 nm）提供灵敏度。

电阻测量方法

使用万用表的“1k”来测试光电二极管。光电二极管的正向电阻约为 10K Ω 。

无光时，若测得的反向电阻为∞ ，则说明二极管良好，或漏电流较大。

有光照时，反向电阻随光照强度的增加而减小。如果电阻可以达到几kΩ ；或低于1k Ω，二极管是好的；如果反向电阻为∞或为零，则二极管已损坏。

电压测量方法

使用万用表的“1V”档。将红色表笔接到光电二极管的正极，黑色表笔接到负极。在光照下，电压与光照强度成正比，一般可达0.2V-0.4V。

光电二极管测电路图

短路电流测量方法

使用万用表的“50 μA ”档。将红色表笔接到光电二极管正极，黑色表笔接到负极。在白炽灯（不是荧光灯）下，如果短路电流随着光的增加而增加，则二极管是好的。短路电流可达数十至数百μA。

有时，需要区分红外发光二极管和红外光电二极管。

如果它们都用透明树脂包装，我们可以看到它们的模具安装。红外 LED 管芯下方有一个浅板，但没有光电二极管管芯。