发光二极管与光电二极管区别

 

发光二极管

 

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。

　　发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

 

光电二极管

光电二极管和普通二极管一样，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。

　　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。

 

发光二极管与光电二极管区别

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。 发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。

　　发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

　　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，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。

在前面的文章中我们介绍了光模块的基本结构，包括TOSA、ROSA以及BOSA。今天我们接着介绍ROSA光器件的光电探测器。
光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD(雪崩)光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。
PN结
PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。
P型半导体：含有较高浓度的“空穴”(空穴相当于正电荷)，所以是Positive的P，成为能导电的物质；
N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。
因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场(内电场，从N指向P)，也称之为PN结(缺少“多子”也叫耗尽层)。
(图片来源于网络)
在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。
(图片来源于网络)
因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。
PIN光管二极管
为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料I(Intrinsic，本征的)层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。
PIN光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
APD雪崩光管二极管
在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。
从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。
APD雪崩光电二极管
原理：
(1)光子照射在半导体材料上产生光生载流子；
(2)光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；
(3)光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。
写在最后，实际工作或工程项目中，我们可能更多的是关注光电探测器的某些重要指标，比如说接收机灵敏度和过载点，这些指标我们下次再聊。
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光电二极管的主要参数是最BFG425W高工作电压URM、光电流。和光电灵敏度S等。

 1．最高工作电压

 最高工作电压URM是指在无光照、反向电流不超过规定值（通常为O.lUA）的前提下，光电二极管所允许加的最高反向电压，如图7-5所示。光电二极管的URM -般在10～50V，使用中不要超过光电流的最高工作电压。

 





 图7-5光电二极管典型电路

 2．光电流

光电流丘是指在受到一定光照时，加有反向电压的光电二极管中所流过的电流，为几十微安，如图7-5所示。一般情况下，选用光电流五较大的光电二极管效果较好。

 3．光电灵敏度

 光电灵敏度最是指在光照下，光电二极管的光电流五与入射光功率之比，单位为LiAW。光电灵敏度Sn越高越好。



光电二极管工作原理

光电二级管是怎样把光信号转换成电信号的呢？

大家知道，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，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。

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。

光电二极管主要技术参数

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；