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[光敏二极管]光敏二极管详细知识讲解

日期:2022-02-23

  光敏二极管是一种将光转换为电流的半导体 p - n结器件。当光子被光敏二极管吸收时会产生电流。光敏二极管可能包含滤光片、内置透镜,并且可能具有大或小表面积。随着表面积的增加,光敏二极管的响应时间通常会变慢。用于产生电力太阳能的常见传统太阳能电池是大面积光敏二极管。


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光敏二极管一、半导体二极管

光敏二极管类似于常规半导体二极管,不同之处在于它们可以暴露在外(用于检测真空紫外线或X 射线)或封装有窗口或光纤连接,以允许光线到达设备的敏感部分。许多专门设计用作光敏二极管的二极管使用PIN 结而不是p-n 结,以提高响应速度。光敏二极管设计为在反向偏置下工作。


光敏二极管二、工作原理

光敏二极管是PIN 结构或p-n 结。当一个足够能量的光子撞击二极管时,它会产生一个电子-空穴对。这种机制也称为内光电效应。如果吸收发生在结的耗尽区,或距离它一个扩散长度的地方,这些载流子会被耗尽区的内置电场从结扫出。因此空穴向阳极移动,电子向阴极移动,产生光电流。被生产。通过光敏二极管的总电流是暗电流(在没有光的情况下产生的电流)和光电流的总和,因此必须最小化暗电流以最大限度地提高器件的灵敏度。首先,对于给定的光谱分布,光电流与辐照度成线性比例。


光敏二极管三、光电导模式

在光电导模式中,二极管是反向偏置的,也就是说,阴极相对于阳极被驱动为正。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区域,这将导致电子被快速收集。反向偏压也会产生暗电流,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。良好 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。


开关二极管.jpg


光敏二极管四、光伏模式

在光伏模式(零偏压)下,光电流通过与阴极的短路从阳极流出。如果电路开路或有负载阻抗,限制了器件的光电流,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。为获得最佳功率输出,光伏电池将在与光电流相比仅产生小的正向电流的电压下运行。


光敏二极管五、相关设备

雪崩光敏二极管是具有优化结构的光敏二极管,可在高反向偏压下工作,接近反向击穿电压。这允许每个光生载流子乘以雪崩击穿,从而在光敏二极管内产生内部增益,从而提高器件的有效响应度。


光敏二极管六、光电晶体管

光电晶体管是一种光敏晶体管。一种常见的光电晶体管,双极型光电晶体管,本质上是一个封装在透明外壳中的双极型晶体管,因此光可以到达基极-集电极结。它是1948 年由贝尔实验室的John N. Shive博士(以他的造波机而闻名)发明的: 205?,但直到 1950 年才公布。由基体中的光子产生的电子——集电极结被注入基极,这个光敏二极管电流被晶体管的电流增益 β(或 h fe)。如果使用基极和集电极引线并且发射极不连接,则光电晶体管变成光敏二极管。


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