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。
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。
光电二极管PN型
特性:优点是暗电流小,一般情况下,响应速度较低。
用途:照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
光电二极管PIN型
特性:缺点是暗电流大,因结容量低,故可获得快速响应。
用途:高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。
光电二极管发射键型
特性:使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体
用途:主要用于紫外线等短波光的检测
光电二极管雪崩型
特性:响应速度非常快,因具有倍速作用,故可检测微弱光。
用途:高速光通信、高速光检测
光电二极管的一些关键性能参数包括以下几项。
响应率
一个硅光电二极管的响应特性与突发光照波长的关系响应率(responsivity)定义为光电导模式下产生的光电流与突发光照的比例,单位为安培/瓦特(A/W)。响应特性也可以表达为量子效率(Quantum efficiency),即光照产生的载流子数量与突发光照光子数的比例。
暗电流
在光电导模式下,当不接受光照时,通过光电二极管的电流被定义为暗电流。暗电流包括了辐射电流以及半导体结的饱和电流。暗电流必须预先测量,特别是当光电二极管被用作精密的光功率测量时,暗电流产生的误差必须认真考虑并加以校正。
等效噪声功率
等效噪声功率(英语:Noise-equivalent power, NEP)是指能够产生光电流所需的最小光功率,与1赫兹时的噪声功率均方根值相等。与此相关的一个特性被称作是探测能力(detectivity, D),它等于等效噪声功率的倒数。等效噪声功率大约等于光电二极管的最小可探测输入功率。
当光电二极管被用在光通信系统中时,这些参数直接决定了光接收器的灵敏度,即获得指定比特误码率(bit error rate)的最小输入功率。
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