发光二极管与光电二极管

发光二极管、光电二极管、变容二极管工作特性图文说明1.发光二极管发光二极管的实物和图形符号如图 1.20(b)和(c)所示。

它是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称LED(Light Emitting Diode)。

发光二极管和普通二极管相似，也由一个PN 结组成，结构如图1.20(a)所示。

发光二极管在正向导通时，发出一定波长的可见光。

光的波长不同，颜色也不同。

常见的LED有红、绿、黄等颜色。

发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和抗冲击能力，同时由于发光二极管体积小、可靠性高、耗电省、寿命长，被广泛用于信号指示等电路中。

(a) 结构组成(b) 实物(c) 图形符号图1.20发光二极管LED的反向击穿电压一般大于5V，但为使器件长时间稳定而可靠的工作，安全使用电压选择在5V以下，同时发光二极管在使用时也需要串联一个适当阻值的限流电阻。

3．光电二极管光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，实物和图形符号如图1.21所示，只是在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照，从而实现光电转换。

光电二极管的PN结可在反向偏置状态下运行，其主要特点是反向电流与光照度成正比。

图1.21光电二极管实物和图形符号除了上述常见的特殊二极管之外，还有用于高频电路的变容二极管、激光二极管等，其中激光二极管在计算机上的光盘驱动器、激光打印机中的打印头、条形码扫描仪、激光测距、激光医疗、光通信、激光指示等小功率光电设备中得到了广泛的应用。

3.变容二极管变容二极管与普通二极管不同的是其结电容的大小随反向偏压的增加而减小特别明显，因此，变容二极管使用时要反向偏置，其符号如图1.22(a)所示，图(b)是某种变容二极管的特性曲线。

(a)图形符号(b)C-U特性曲线图1.22 变容二极管变容二极管主要应用于高频电子线路中的电子调谐、调频、自动频率控制等电路中。

二极管之邯郸勺丸创作一、二极管的种类二极管有多种类型：按资料分，有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等；按制作工艺可分为面接触二极管和点接触二极管；按用途分歧又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等；接构类型来分，又可分为半导体结型二极管，金属半导体接触二极管等；依照封装形式则可分为惯例封装二极管、特殊封装二极管等。

下面以用途为例，介绍分歧种类二极管的特性。

1．整流二极管整流二极管的作用是将交流电源整流成脉动直流电，它是利用二极管的单向导电特性工作的。

因为整流二极管正向工作电流较大，工艺上多采取面接触结构。

南于这种结构的二极管结电容较大，因此整流二极管工作频率一般小于3kHz。

整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。

通常情况下额定正向T作电流LF在l A以上的整流二极管采取金属壳封装，以利于散热；额定正向工作电流在lA以下的采取全塑料封装。

另外，由于T艺技术的不竭提高，也有很多较大功率的整流二极管采取塑料封装，在使用中应予以区别。

由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示)，故一些生产厂家将4个整流二极管封装在一起，这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。

罕见整流二极管的外形如图2所示。

选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。

普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管(例如l N系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。

开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管或快恢复二极管。

2．检波二极管检波二极管是把叠加在高频载波中的低频信号检出来的器件，它具有较高的检波效率和良好的频率特性。

检波二极管要求正向压降小，检波效率高，结电容小，频率特性好，其外形一般采取EA玻璃封装结构。

光电二极管又名：photodiode光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。

光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。

许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。

光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。

工作原理一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。

当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。

这样的机制也被称作是内光电效应。

如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。

实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。

光电压模式当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。

光电导模式当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。

同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。

反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。

对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。

尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。

一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊&mid dot;奈奎斯特噪声（Johnson–Nyqu ist noise）会造成较大的影响。

其他工作模式雪崩光电二极管具有和常规光电二极管相似的结构，但是需要高得多的反向偏置电压。

这将允许光照产生的载流子通过雪崩击穿大量增加，在光电二极管内部产生内部增益，从而进一步改善器件的响应率。

目录实验一发光二极管、光电二极管和光电三极管的应用实例（光开关）实验二光电器件伏安特性测试实验实验三光电器件光照特性测试实验实验四制作简易光功率计和测量激光器的光功率实验五LED光源I —P特性曲线测试实验一发光二极管、光电二极管和光电三极管的应用实例（光开关）实验目的：1. 具体了解常用半导体光电器件的使用方法和电路，培养同学的动手能力。

2. 通过实验中的应用光电器件的电路的制作，提高分析和解决实际问题的能力。

实验器材：1. 半导体光电器件：发光二极管、光电二极管、光电三极管、反射型光电开关。

2. 电子器件：半导体三极管（NPN型：9013）、电阻3. 电路板（Light Switch Circuit ）、导线、焊接材料、干电池（6V ）。

4. 工具：万用电表、电烙铁、剪刀、镊子。

实验内容和步骤：1. 发光二极管（LED的研究1）按照图1-1连接电路板（Light Switch Circuit ）中Fig.1所示的电路，发光二极管相对于电源处于正向连接。

观察发光二极管的发光情况，记录毫安表的电流及其方向；发光二极管引脚图图1-12）按照图1-2连接电路板（Light Switch Circuit ）中Fig.1所示的电路，发光二极管相对于电源处于反向连接，观察发光二极管的发光情况，记录毫安表的电流及其方向;图1-22. 光电二极管（photodiode）的研究1）按照图1-3连接电路板（Light Switch Circuit对于电源处于正向连接。

测量并记录其电流及其方向;2）按照图1-4连接电路板（Light Switch Circuita）有光照时和b）无光照时时电流，并作记录（包括电流的方向）；3. 光电三极管的研究1）按照图1-5连接电路板（Light Switch Circuit对于电源处于反向连接。

图1-3图1-5光电三极管引脚图）中Fig.2所示的电路，光电二极管相）中Fig.2所示的电路，光电二极管相对于电源处于反向连接。

光电子器件教材
光电子器件是一种把光能转换为电能或把电能转换为光能的电子
器件。

它可以根据输入能量和控制信号自动发生变化，对环境、温度、压力等变量响应灵敏。

由于有着宽泛的应用，光电子器件开始受到越
来越多的关注，是近几十年研究最多的一类电子器件。

光电子器件一般包括发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、
光电二极管（PD）、发射器（EMI）和探测器（DMI）等，按其输出信
号又可分为直接光信号和交叉光信号，交叉信号分为相位和强度两种。

在应用上，目前光电子器件的主要应用在五大领域：通信技术，雷达
技术，医学技术，电子和信号处理技术以及计算机光学技术。

从原理上说，光电子器件可分为两大类：发光二极管和光电二极管。

发光二极管以交叉光信号形式在两个端口形成开关，当端口供应
电流时，它就可以发出光信号，可以用于指示和检测等。

光电二极管
是一种特殊的传感器，它可以根据照亮时的电流变化来检测光信号，
用来检测、测量和计算等。

光电子器件的发展为我们的现代生活增添了很多便利，它不仅可
以用于日常生活中，而且在一些科研尖端技术领域也发挥着重要作用。

因此，学习和了解光电子器件是非常必要的。

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发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种将电能转换为光能的半导体器件。