光電二極體的工作原理、引數解析與檢測方法

光電二極體的工作原理

光電二極體是一種特殊的二極體，它將光訊號轉化為電流或電壓訊號，其結構與傳統二極體基本相同，都有一個PN接面，但是光電二極體在設計和製造時，儘量使PN接面的面積較大，以便於接收入射光。

它的基本原理是：當光線照射到光電二極體時，吸收的光能轉化為電能。光電二極體工作在反向電壓下，只經過很弱的電流（一般小於0。1微安），稱為暗電流，有光照時，帶能量的光子進入PN接面後，將能量傳遞給共價鍵上的電子，使某些電子脫離共價鍵，產生電子-空穴對，稱為光生載流子，因為光生載流子的數量有限，而光照前多子的數量遠大於光生載流子的數量，所以光生載流子對多子的影響很小，但少子的數量較少，有較大的影響，這就是為什麼光電二極體工作在反向電壓下，而非正向電壓下。

在光生電子在反向電壓下，在光生載流子的作用下，為促使少子參與漂流運動，在P區內，光生電子在PN區內擴散，若P區厚度小於電子擴散長度，則光生電子將能穿過P區到達PN接面。

光電二極體的工作是一種吸收過程，它將光的變化轉化為反向電流的變化，光電流和暗電流的合成是光電流，所以光電二極體的暗電流使器件對光的靈敏度降到最低，光的強度與光電流成正比，從而能將光訊號轉化為電訊號。

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光電二極體選型中的引數解析

實際上，光電二極體的“響應速度”和“探測下限”是研究中經常提到的兩個引數，該引數會對光電二極體選型產生何種影響呢？今天我們主要來了解一下這兩個引數。

一、響應速度

通常用上升時間和截止頻率來描述響應速度。響應速度主要受以下三個主要因素影響：

1、由終端電容（Ct）和負載電阻（RL）決定的電路特性；

2、耗盡層外載流子的擴散時間；

3、載流子在耗盡的層渡越時間。

與短波長光相比，長波長光往往激發出耗盡層外的載流子，因而擴散時間延長，響應速度變慢。除此之外，以下三種提高光電二極體響應速度的方法更為普遍：

1、選用較低端電容（Ct）的光電二極體；

2、降低電路中負載電阻（RL）；

3、透過增加反向電壓（VR），還可以降低終端電容值（Ct），最終獲得更快的響應速度。（注意，當反向電壓增加時，暗電流增加。）

二、檢測下限

檢測下限通常用噪聲等效功率來描述。檢測下限主要取決於光電二極體在相應波長上的光靈敏度、光訊號頻率和光電二極體噪聲特性。

1、反向電壓（VR）引起的暗電流（ID），VR越高，暗電流越大；

2、分流電阻（Rsh）相關的熱噪聲：分流電阻越大，噪聲電流就越小。當電路中沒有反向電壓（VR）時，這是需要考慮的最主要因素；

3、不可避免地由光電流（訊號）引起的散粒噪聲電流。

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光電二極體的檢測方法

在應用光電二極體的過程中，經常要對其進行檢測，以查詢故障，保證裝置安全。那其檢測方法都有哪些呢？

1、電阻測量方法。

以萬用表為單位1k。光電二極體的正向電阻約為10kΩ。如果沒有光照射，反向電阻為∞，這管就是好的（如果反向電阻不是∞，說明有很大的洩漏電流）；如果有光照射，反向電阻會隨著光照射強度的增加而降低，當管的阻值低於幾kΩ或1kΩ時，這管就是好的；如果反向電阻都是∞或者為零，那管就是壞的。

2、電壓測量方法。

使用萬用表1V檔採用紅筆接光電二極體“+”極，黑筆接“-”極，其電壓與光強度成正比，一般可達0。2~0。4V。

3、測量短路電流的方法。

使用50μA的萬用表。以紅色燈泡（不能使用熒光燈）接光電二極體“+”燈泡，黑色燈泡接“-”燈泡，在白熾燈下，其電流隨光照增強而增大，短路電流可以達到幾十到幾百μA。

實際上，有時需要區分的是紅外發光二極體，還是紅外光電二極體（或光電三極體）。辦法是：如果管子全部採用透明樹脂封裝，則可從管芯安裝外部區別。紅外線發光二極體的核心下面有一個淺盤，而光電二極體和光電三極體不在其中；如果是小管或黑色樹脂包裹的，可以用萬用表（設定1k擋）測量電阻。透過雙手捏住管子（使其不被光照射），得到的正向電阻為10k，反向電阻接近∞的則是光電二極體。