什么是光电二极管:工作原理及其特性

光电二极管是一个PN-结二极管它消耗光能来产生电流。有时它也被称为光探测器、光探测器和光传感器。这些二极管特别设计为在反向偏置条件下工作，这意味着光电二极管的p面与电池的负极相关联，而n面与电池的正极相连接。这个二极管是非常复杂的光，所以当光落在二极管上，它很容易把光变成电流。这种太阳能电池也被称为大面积光电二极管，因为它将太阳能转化为电能。虽然，太阳能电池仅在明亮的光线下工作。

什么是光电二极管？

光电二极管是光检测器的一种类型，用于根据器件的工作模式将光转换为电流或电压。它包括滤光片、内置镜头和表面区域。当光电二极管的表面积增加时，这些二极管的响应时间较慢。光电二极管与常规半导体二极管相似，但它们可以是可见的，让光到达器件的脆弱部分。若干二极管使用精确的光电二极管也将使用PIN结比通常的PN结。

一些光电二极管看起来像一个发光二极管。它们的末端有两个终端。二极管的小端是阴极端，而二极管的长端是阳极端。阳极和阴极的示意图如下所示。在正向偏压条件下，常规电流将从阳极流向阴极，沿着二极管符号中的箭头。光电流以相反的方向流动。

光电二极管的类型

虽然市场上有许多类型的光电二极管，但它们都在相同的基本原则上工作，尽管有些结果得到了改善。不同类型的光电二极管的工作以略微不同的方式工作，但这些二极管的基本操作保持不变。光电二极管的类型可以基于它们的结构和功能来分类。

• PN光电二极管
• 肖特基二极管照片
• PIN光电二极管
• 雪崩光电二极管

PN光电二极管

第一个开发的光电二极管类型是PN型。与其他类型相比，其性能并不先进，但目前在多个应用场合中得到了应用。光探测主要发生在二极管的耗尽区。这个二极管虽然很小，但它的灵敏度与其他二极管相比不是很大。请参阅此链接了解更多关于PN二极管。

PIN光电二极管

目前，最常用的光电二极管是引脚类型。与标准PN光电二极管相比，该二极管更加动力地聚集光光子，因为P和N区域之间的宽固有区域允许收集更多的光，并且除此之外，它还提供较低的电容。请参阅此链接以了解有关PIN二极管的更多信息。

雪崩光电二极管

由于其高增益水平，这种二极管用于低光区域。它产生高水平的噪音。因此，这项技术不适合所有应用。请参阅此链接以了解有关Avalanche二极管的更多信息。

肖特基光电二极管

肖特基光电二极管使用肖特基二极管，它包括一个小的二极管结，这意味着，有小的结电容，所以它在高速运行。因此，这种光电二极管经常用于高带宽(BW)光通信系统，如光纤链路。bob的是什么网站请参考这个链接了解更多关于肖特基二极管。

每种类型的光电二极管都有自己的好处和缺点。可以基于应用程序来完成该二极管的选择。在选择光电二极管的同时要考虑的不同参数主要包括噪声，波长，反向偏置约束，增益等。光电二极管的性能参数包括响应度，量子效率，传输时间或响应时间。

这些二极管广泛用于检测光，颜色，位置，位置的存在的应用中。这些二极管的主要特征包括以下内容。

• 二极管的线性相对于入射光很好
• 噪音很低。
• 响应是宽谱的
• 崎岖的机械
• 轻和紧凑的
• 寿命长

制造光电二极管和电磁谱波长范围的所需材料包括以下内容

• 对于硅材料，电磁光谱的波长范围为(190-1100)nm
• 对于锗材料，电磁谱波长范围将是（400-1700）nm
• 砷化铟镓材料的电磁光谱波长范围为(800-2600)nm
• 对于铅(II)硫化物材料，电磁光谱的波长范围为<1000-3500)nm
• 对于汞，碲化镉材料，电磁谱波长范围将是（400-14000）NM

由于它们更好的带隙，基于SI的光电二极管比基于GE的光电二极管产生较低的噪声。

建造

光电二极管结构可以使用像p型和n型等半导体进行。在这种设计中，可以从轻微掺杂的p型衬底的扩散来完成p型材料的形成。因此，由于扩散方法，可以形成p +离子层。在n型的基材上，可以生长n型外延层。

可以在重掺杂的n型外延层上完成P +扩散层的开发。触点设计有金属，以制造两个端子，如阳极和阴极。二极管的前区域可以分成两种类型，如有源和非有源表面。

非活性表面的设计可以用二氧化硅(SiO2)来完成。在一个活跃的表面上，光线可以照射在它上面，而在一个非活跃的表面上，光线不能照射。&活性表面可通过增透材料覆盖，使光的能量不流失，最大的能量可转化为电流。

光电二极管的工作

当充电能量的光子撞击二极管时，光电二极管的工作原理是，它使得几个电子孔。该机制也称为内部光电效应。如果在耗尽区结中出现吸收，则通过耗尽区域的内置电场从结的连接中除去载体。

因此，该区域中的孔朝向阳极移动，并且电子向阴极移动，并且将产生光电流。通过二极管的整个电流是不存在光和光电流的总和。因此，必须减少不存在电流以最大限度地提高设备的灵敏度。

操作模式

光电二极管的工作模式包括三种模式，即光伏模式、光导模式、雪崩二极管模式

光伏模式:该模式也称为零偏置模式，其中电压由被照明的光电二极管产生。它给出了非常小的动态范围和形成的电压的非线性必要性。

光电导模式:在该光电导模式中使用的光电二极管通常是更逆的偏置。反向电压施加将增加耗尽层的宽度，这又会降低响应时间和结电容。此模式太快，显示电子噪音

雪崩二极管模式:雪崩二极管工作在高反向偏置条件下，允许雪崩击穿倍增到每一个光电产生的电子空穴对。这种结果就是光电二极管的内部增益，它会缓慢地增加器件的响应。

为什么光电二极管是反向偏置的?

光电二极管以光电导模式操作。当二极管以反向偏置连接时，则可以增加耗尽层宽度。因此，这将减小结的电容和响应时间。实际上，这种偏置将导致二极管的更快响应时间。因此，光电流和照度之间的关系是线性比例的。

光电二极管和光电晶体管哪个更好?

光电二极管和光电晶体管都是用来把光能转化为电能的。然而，由于使用了晶体管，光电晶体管比光电二极管反应更快。

晶体管改变了由于光吸收引起的基极电流，因此巨大的输出电流可以通过晶体管的集电极获得。与光电晶体管相比，光电二极管的时间响应非常快。因此适用于电路中出现波动的场合。为了更好地说明，这里我们列出了一些点的光电二极管和光电电阻。

光电二极管	光电晶体管
把能量从光能转换成电流的半导体器件称为光电二极管。	光电晶体管用于使用晶体管将光的能量改变为电流。
它产生电流和电压	它会产生当前的
响应时间是速度	响应时间很慢
与光电晶体管相比，它的响应速度较慢	它是响应性的，产生巨大的O / P电流。
这个二极管在两种偏置条件下都能工作	这个二极管只工作在正向偏置。
它用于光线计，太阳能电厂等	它是用来探测光的

光电二极管电路

光电二极管的电路图如下所示。这个电路可以用一个10k电阻和光电二极管来建造。一旦光电二极管注意到光，然后它允许一些电流流过它。通过这个二极管提供的电流的总和可以直接正比于通过二极管注意到的光的总和。

将光电二极管连接在外部电路中

在任何应用中，光电二极管以反向偏置模式工作。电路的阳极端子可以连接到地，而阴极端子连接到电源。一旦通过光照射，然后电流从阴极端子流到阳极端子。

一旦光电二极管与外部电路一起使用，那么它们就与电路内的电源相连。所以，通过光电二极管产生的电流是非常小的，所以这个值不足以制造一个电子设备。

一旦它们连接到外部电源，那么它就会向电路提供更多电流。在该电路中，电池用作电源，以帮助增加电流的值，以便外部设备提供更好的性能。

光电二极管的效率

光电二极管的量子效率可以定义为被吸收的光子对光电流的贡献。对于这些二极管，光电流与响应率S公开关联，没有雪崩的影响，那么光电流可以表示为

i = s p =ηe/ hv。P.

在哪里，

'η'是量子效率

'e'是电子的负责

“高能”是光子的能量

光电二极管的量子效率极高。在某些情况下，它会超过95%，但是随着波长的变化而变化。高量子效率除了要求像增透涂层这样的高内部效率外，还要求控制反射。

反应性

光电二极管的响应率是产生的光电流和吸收光功率的比值，可以在响应的线性部分内确定。在光电二极管中，当光子能量相当高于带隙能量时，它通常在一个波长区域达到最大值;当吸收减少时，带隙区域内的光子能量会下降。

可以基于以下等式完成光电二极管计算

η = η (e/hv)

这里，在上面的等式中，'H≠'是光子的能量;'η'是Quantum＆'e'的效率是基本的指控。例如，光电二极管的量子效率在800nm波长下为90％，然后响应率将为0.58 A / W.

对于光电倍增器和雪崩光电二极管，内部电流的倍增具有额外的因素，因此可能的值将高于1 A / W.通常，电流的乘法不包括在量子效率内。

PIN光电二极管Vs PN光电二极管

PN和PIN等光电二极管可以从许多供应商处获得。光电二极管选择非常重要，同时基于所需的性能和特性设计电路。
一个PN光电二极管不工作在反向偏置，因此，它更适合低光应用，以提高性能的噪声。

反向偏置的PIN光电二极管可以引入噪声电流以降低S / N比
对于高动态范围的应用，反向偏置具有良好的性能
对于高BW的应用，反向偏置可以提供良好的性能，如P & N区域之间的电容和电荷容量存储小。

优势

这光电二极管的优点包括以下这些。

• 较少的阻力
• 快速和高的操作速度
• 寿命长
• 最快的光电探测器
• 光谱响应很好
• 不使用高电压
• 频率响应很好
• 固体和轻量级的
• 它对光的反应非常灵敏
• 暗流是暗流
• 量子效率高
• 较少的噪音

缺点

这光电二极管的缺点包括以下这些。

• 温度稳定性差
• 电流内的变化极少，因此可能不足以驱动电路
• 活动区域很小
• 通常的PN结光电二极管包括高响应时间
• 它的灵敏度较低
• 它主要根据温度工作
• 它使用偏移电压

光电二极管的应用

• 光电二极管的应用包括光电探测器的类似应用，如电荷耦合器件、光电导体和光电倍增管。
• 这些二极管用于消费电子设备，如bob足球体育app烟雾探测器，光盘播放器，以及VCR中的电视和遥控器。
• 在时钟收音机，相机灯表和路灯等其他消费设备中，光电导体更频繁地使用而不是光电二极管。
• 光电二极管经常用于精确测量科学与工业光线强度。通常，它们具有比光电导体的增强，更线性的响应。
• 光电二极管也被广泛应用于许多医疗应用比如用于分析样本的仪器，计算机断层扫描探测器，也用于血气监测仪。
• 这些二极管比法线PN结二极管更快，更复杂，因此经常用于照明调节和光通信。bob的是什么网站

V-I的光电二极管特性

光电二极管不断地以反向偏置模式操作。光电二极管的特性在下图中清楚地示出，光电流几乎与施加的反向偏置电压无关。对于零亮度，光电流几乎为零，不包括小暗电流。它是纳米安培的顺序。由于光功率上升，光电流也线性上升。通过光电二极管的功耗不完全，最大光电流不完整。

因此，这是关于光电二极管工作原理、特性和应用。光电器件，如光电二极管，可以在几乎所有的电子器件中使用不同的类型。这些二极管用于红外光源，如氖，激光LED和荧光灯。与其他的光检测二极管相比，这些二极管并不昂贵。我们希望你们对这个概念有更好的理解。此外，任何关于此概念或要实现的查询工程学生电气和电子项目。请在下面的评论区发表你的宝贵意见。我有个问题要问你光电二极管的功能是什么？？

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