光電檢測器件光電二極管解析

第三章

半導(dǎo)體光電檢測器件及應(yīng)用3.1光敏電阻3.2光生伏特器件--光電池3.3光電二極管與光電三極管3.4發(fā)光器件3.5光電耦合器件3.6光電位置敏感器件3.7光熱輻射檢測器件3.8各種光電檢測器件的性能比較光電二極管的分類：

按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。

3.3光電二極管與光電三極管光電二極管的應(yīng)用：光電式轉(zhuǎn)速表

轉(zhuǎn)速是指每分鐘或每秒鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。機(jī)械式轉(zhuǎn)速表和接觸式電子轉(zhuǎn)速表精度不高，影響被測物的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，已不能滿足自動(dòng)化的要求。光電式轉(zhuǎn)速表屬于反射式光電傳感器，它可以在距被測物數(shù)十毫米處非接觸地測量轉(zhuǎn)速。由于光電器件的動(dòng)態(tài)特性較好，所以可以用于高轉(zhuǎn)速的測量而又不干擾被測物的轉(zhuǎn)動(dòng)，下面是它的原理圖。

光電二極管的應(yīng)用：光電式轉(zhuǎn)速表光源l發(fā)出的光線經(jīng)透鏡2會(huì)聚成平行光束，照射到旋轉(zhuǎn)物體上的反光紙4反射回來，經(jīng)透鏡5聚焦后落在光敏二極管6上。它產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電脈沖信號，經(jīng)放大整形電路8得到了TTL

電平的脈沖信號，再經(jīng)頻率計(jì)電路9處理后由顯示器10顯示出每分鐘或每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)即轉(zhuǎn)速。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)N環(huán)極前極N+N+P后極環(huán)型光電二極管的結(jié)構(gòu)前級后級環(huán)級VARLhν等效電路3.3光電二極管

光敏二極管與普通二極管一樣有一個(gè)PN結(jié)，屬于單向?qū)щ娦缘姆蔷€形元件。外形不同之處是在光電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。光電二極管（光敏二極管）光敏二極管符號

光敏二極管接法

可以不加偏壓，與光電池不同，光敏二極管一般在負(fù)偏壓情況下使用。外加反向偏壓

光敏二極管體積小，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，光譜響應(yīng)在可見到近紅外區(qū)中，光電檢測中應(yīng)用多。光電二極管的光照特性光電二極管的伏安特性IUOE2>E1>E0E0E1E3加正向偏壓時(shí)，表現(xiàn)為單向?qū)щ娦?。作為光敏二極管使用時(shí)，需要加反向偏壓，當(dāng)有光照時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流，且光電流遠(yuǎn)大于反向飽和電流。反向偏壓可以減小載流子的渡越時(shí)間和二極管的極間電容。反向偏壓較小時(shí)反向電壓達(dá)到一定值時(shí)。

uiO暗電流E=200lxE=400lx光電二極管的光譜特性1、光敏二極管在較小負(fù)載電阻下，光電流與入射光功率有較好的線性關(guān)系。2、光敏二極管的響應(yīng)波長與GaAs激光管和發(fā)光二極管的波長一致，組合制作光電耦合器件。3、光電二極管結(jié)電容很小，頻率響應(yīng)高，帶寬可達(dá)100kHz。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制人進(jìn)入衛(wèi)生間時(shí)，燈自動(dòng)亮；人走出衛(wèi)生間，燈自動(dòng)滅，并且只有在天黑時(shí)這種控制才起作用，白天燈不會(huì)亮。該電路由4部分電路組成：Ⅰ為光電檢測人體進(jìn)出電路；Ⅱ?yàn)槲⒎钟|發(fā)電路；Ⅲ為雙穩(wěn)態(tài)電路；Ⅳ為驅(qū)動(dòng)電路。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制電路Ⅰ是由紅外發(fā)光二極管、光電二極管及三極管VT1組成的人體進(jìn)出檢測電路（安裝在衛(wèi)生間進(jìn)門口）。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制無人遮擋紅外線時(shí)，PD接收到紅外線，光電源使VT1導(dǎo)通，其集電極呈低電平；當(dāng)有人進(jìn)出遮擋紅外線時(shí)，VT1截止，其集電極呈高電平。當(dāng)人進(jìn)入或走出衛(wèi)生間時(shí)，集電極輸出一個(gè)正脈沖。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制電路Ⅱ是微分觸發(fā)電路，當(dāng)人體進(jìn)出遮擋紅外線時(shí)，VT1集電極產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。由于C1的電壓不能突變，在R3上形成一個(gè)尖脈沖，它使VT2觸發(fā)導(dǎo)通，其波形如圖所示。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制電路Ⅲ是由NE555及外圍電路組成的雙穩(wěn)態(tài)電路。在天黑時(shí)，VT2每觸發(fā)導(dǎo)通一次，NE555的3腳電平變換一次（高電平時(shí)，燈亮；低電平時(shí)，燈滅）；白天，由于光敏電阻阻值減小，雙穩(wěn)態(tài)電路不起作用，3腳呈低電平。光電二極管的應(yīng)用1：衛(wèi)生間燈光自動(dòng)控制電路Ⅳ是驅(qū)動(dòng)電路，由VT4驅(qū)動(dòng)繼電器K。當(dāng)3腳輸出高電平時(shí)，VT4導(dǎo)通，K吸合，燈亮；3腳輸出低電平時(shí)，燈滅。光電二極管的應(yīng)用2：光電路燈自動(dòng)控制光電二極管的典型應(yīng)用電路應(yīng)用電路EhνRLVoRL+EVohν光電二極管的典型應(yīng)用電路電流放大型VoRf2CR+_ACRf2CRVo+_ARLRf電壓放大型光電二極管與光電池的特性比較基本結(jié)構(gòu)相同，由一個(gè)PN結(jié)組成；光電二極管的光敏面小，結(jié)面積小，頻率特性好，雖然光生電動(dòng)勢相同,但光電流普遍比光電池小,為數(shù)微安。摻雜濃度：光電池約為1016-1019/cm3，硅光電二極管1012~1013/cm3，電阻率：光電池Ω/cm，光電二極管1000Ω/cm。光電池零偏壓下工作，光電二極管反偏壓下工作。光電二極管的