[激光原理与应用-64]：激光器-器件 - 光电二极管

Posted 2023-01-17 文火冰糖的硅基工坊

第1章 概述

光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。

但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。

普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流。

通常人们又将光敏二极管叫做光电二极管。它与半导体二极管在结构上是有很多类似的地方，它所使用的管芯是一个具有光敏特征的PN结，这种PN结具有单向导电性，因此它在工作的时候需加上反向电压，这样才更加的有用和安全。没有光照的时候，它有很小的饱和反向漏电流，也就是我们所说的暗电流。当受到光照的时候，里面的饱和反向漏增大，形成光电流，电流的强度随入射光强度的变化而变化。当光线照射到PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。一般利用光照强弱来改变电路中的电流。

光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。

光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；

有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。

光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

第2章 光敏二极管特性

光敏二极管的特性有五个：光谱特性、伏安特性、光照特性、温度特性以及频率响应特性。

光敏二极管和普通二极管相似，都对电流有放大的作用，不同的是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，它还要受光辐射的控制。一般情况下基极不引出，但有些的基极有引出，引出的基极有温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的PN结受到光辐射时，就会形成光电流，产生的光生电流由基极进入到发射极，进而在集电极回路中得到一个放大了的信号电流。用不同材料制作而成的光敏极管具有不同的光谱特性。

2.1 光谱特性

光谱特性曲线是指光谱波长与其他变量间的关系曲线。

保持入射光的强度（即光通量）不变，测出不同频率的光所产生的光电流，作出两者之间的关系曲线。

也就是说，相同的光电二极管光，在相同光强度的强度的情况下，不同频率对应的不同电流的变化关系。

2.2 伏安特性

伏安特性曲线图常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，以此画出的I-U图像叫做导体的伏安特性曲线图。

伏安特性曲线是针对导体的，也就是耗电元件，图像常被用来研究导体电阻的变化规律，是物理学常用的图像法之一。

伏安特性，反应了反向电压和电流之间的关系。

2.3 光照特性

光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。

从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。

若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。

同等的条件下，光照强度越大，电阻越小，输出电流越大。

2.4 温度特性

温度对光敏三极管的暗光流ID和光电流IL都会产生影响。

光敏二极管的暗电流随温度变化而变化，如硅光敏二极管的IB值，在环境温度升高30-40℃时将增大10倍。

同等的条件下，温度越高，输出电流越大。

2.5 频率响应特性

将频率不同的正弦信号输入传感器或光敏电阻,相应的输出信号的幅度和相位与频率之间的关系称为频率响应特性。

频率响应特性可由频率响应函数表示,它由幅频特性和相频特性组成。

频率响应特性反应的是：在相同的光强的情况下，不同频率（波长）的光其输出电流的大小。

也就是说，光敏二极管对不同频率的光反应是不同的。