[光敏二极管]光敏二极管产品特性讲解
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[光敏二极管]光敏二极管产品特性讲解

日期:2022-12-13

光敏二极管的 IV 特性。线性负载线表示外部电路的响应:I=(施加的偏置电压-二极管电压)/总电阻。与曲线的交点代表给定偏压、电阻和光照下的实际电流和电压。在光伏模式(零偏压)下,光电流通过对阴极的短路流入阳极。如果电路开路或具有负载阻抗,限制光电流流出器件,则电压会在正向偏置二极管的方向上建立,即阳极相对于阴极为正。如果电路短路或阻抗低,正向电流将消耗全部或部分光电流。这种模式利用了光伏效应,这是太阳能电池的基础——传统的太阳能电池只是一个大面积的光敏二极管。为了获得最佳功率输出,光伏电池将在与光电流相比仅产生较小正向电流的电压下运行。


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光敏二极管一、光电导模式

在光电导模式下,二极管反向偏置,即阴极相对于阳极被驱动为正极。这减少了响应时间,因为额外的反向偏压增加了耗尽层的宽度,从而降低了结的电容并增加了电场的区域,这将导致电子被快速收集。反向偏压还会产生暗电流,而光电流没有太大变化。虽然这种模式速度更快,但由于暗电流或雪崩效应,光电导模式会表现出更多的电子噪声。[5]优质 PIN 二极管的漏电流非常低 (<1 nA),以至于典型电路中负载电阻的 约翰逊-奈奎斯特噪声通常占主导地位。


光敏二极管二、电磁辐射

任何 p-n 结如果被照亮,都可能是一个光敏二极管。二极管、晶体管和 IC 等半导体器件包含 p-n 结,如果它们被波长适合产生光电流的不需要的电磁辐射(光)照射,将无法正常工作。[12] [13]这可以通过将设备封装在不透明外壳中来避免。如果这些外壳对高能辐射(紫外线、X 射线、伽马射线)不是完全不透明,则二极管、晶体管和 IC 可能会因感应光电流而发生故障[14] 。来自包装的背景辐射也很重要。[15] 辐射硬化减轻了这些影响。在某些情况下,效果是实际需要的,例如将LED用作光敏器件(将LED 视为光传感器)或什至用于能量收集,有时称为发光和吸光二极管(LEAD)。


光敏二极管三、应用程序

P-n 光敏二极管的应用与其他光电探测器类似,例如光电导体、电荷耦合器件(CCD) 和光电倍增管。它们可用于生成取决于照明的输出(用于测量的模拟),或用于改变电路的状态(数字,用于控制和切换或用于数字信号处理)。光敏二极管用于消费电子设备,如光盘播放器、烟雾探测器、医疗设备[18]和用于控制从电视到空调的设备的红外遥控设备的接收器。对于许多应用,可以使用光敏二极管或光电导体。这两种类型的光电传感器都可用于光测量,如在相机测光表中,或响应光照水平,如在天黑后打开街道照明。


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光敏二极管四、响应入射光

所有类型的光电传感器都可用于响应入射光或作为同一电路或系统一部分的光源。光电二极管通常与光发射器(通常是发光二极管(LED))组合成单个组件,以检测光束是否存在机械障碍(开槽光开关)或耦合两个数字或模拟电路同时在它们之间保持极高的电气隔离,通常是为了安全(光耦合器)。LED 和光敏二极管的组合也用于许多传感器系统,以根据其光吸收率表征不同类型的产品。光敏二极管通常用于科学和工业中光强度的精确测量。它们通常比光电导体具有更线性的响应。它们还广泛用于各种医学应用,例如计算机断层扫描检测器(与闪烁体结合)、样品分析仪器(免疫测定)和脉搏血氧仪。

  

光敏二极管五、固定光电二极管

不要与PIN 光敏二极管混淆。钉扎光电二极管 (PPD) 在 P 型或 N 型(分别)衬底层上方的 N 型或 P 型扩散层中分别具有浅注入(P+ 或 N+),因此中间扩散层可以完全耗尽多数载流子,如双极结型晶体管的基区。PPD(通常是 PNP)用CMOS 有源像素传感器;索尼于 197 年发明了一种带有时钟顶层 N 层的前身 NPN 变体,用于 CCD 图像传感器。

  

光敏二极管六、阵列

一个一维光电二极管阵列芯片,中间有超过 200 个二极管一个只有 4×4 像素的二维光电二极管阵列占据了第一个光学鼠标传感器芯片的左侧,c。1982.数百或数千个光敏二极管的一维阵列可用作位置传感器,例如用作角度传感器的一部分。[24] 二维阵列用于图像传感器和光学鼠标。在某些应用中,光电二极管阵列允许高速并行读出,而不是像电荷耦合器件( CCD) 或CMOS 传感器那样集成扫描电子器件。照片中显示的光电鼠标芯片可以并行(非多路复用)访问其 4 × 4 阵列中的所有 16 个光敏二极管。


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