發(fā)光二極管原理

發(fā)光二極管是一種直接能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽w器件。與其它發(fā)光器件相比，具有體積小、功耗低、發(fā)光均勻、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長和可靠性高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種電子儀器、音響設(shè)備、計算機等作電流指示、音頻指示和信息狀態(tài)顯示等。

一、發(fā)光原理

發(fā)光二極管的管芯結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，由一個PN結(jié)構(gòu)成。當在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時，空間電荷層變窄，載流子擴散運動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入N區(qū)，N區(qū)的電子注入P區(qū)。當電子和空穴復合時會釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來。

二、種類和符號

發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光材料來區(qū)分有磷化鎵（GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管、砷鋁鎵（GaAIAs）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來分有發(fā)紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來區(qū)別可分為小功率（HG 400系列）、中功率（HG50系列）和大功率（HG52系列）發(fā)光二極管：另外還有多色、變色發(fā)光二極管等等。

發(fā)光二極管及在電路中的符號，如圖Z0128所示。

小功率的發(fā)光二極管正常工作電流在10 ～ 30mA范圍內(nèi)。通常正向壓降值在1.5 ～ 3V范圍內(nèi)。發(fā)光二極管的反向耐壓一般在6V左右。

發(fā)光二極管的伏安特性與整流二極管相似。為了避免由于電源波動引起正向電流值超過最大允許工作電流而導致管子燒壞，通常應(yīng)串聯(lián)一個限流電阻來限制流過二極管的電流。由于發(fā)光二極管最大允許工作電流隨環(huán)境溫度的升高而降低，因此，發(fā)光二極管不宜在高溫環(huán)境中使用。

發(fā)光二極管的反向耐壓（即反向擊穿電壓）值比普通二極管的小，所以使用時，為了防止擊穿造成發(fā)光二極管不發(fā)光，在電路中要加接二極管來保護。

光敏二極管和光敏三極管

光敏二極管和光敏三極管是光電轉(zhuǎn)換半導體器件，與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好，可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)。

一、光敏二極管

1．結(jié)構(gòu)特點與符號

光敏二極管和普通二極管相比雖然都屬于單向?qū)щ姷姆蔷€性半導體器件，但在結(jié)構(gòu)上有其特殊的地方。

光敏二極管在電路中的符號如圖Z0129 所示。光敏二極管使用時要反向接入電路中，即正極接電源負極，負極接電源正極。

2．光電轉(zhuǎn)換原理

根據(jù)PN結(jié)反向特性可知，在一定反向電壓范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時，如果無光照射PN結(jié)，則因本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量有限，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當有光照射PN結(jié)時，結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對（稱之為光生載流子），使流過PN結(jié)的電流隨著光照強度的增加而劇增，此時的反向電流稱為光電流。不同波長的光（蘭光、紅光、紅外光）在光敏二極管的不同區(qū)域被吸收形成光電流。被表面P型擴散層所吸收的主要是波長較短的蘭光，在這一區(qū)域，因光照產(chǎn)生的光生載流子（電子），一旦漂移到耗盡層界面，就會在結(jié)電場作用下，被拉向N區(qū)，形成部分光電流；彼長較長的紅光，將透過P型層在耗盡層激發(fā)出電子一空穴對，這些新生的電子和空穴載流子也會在結(jié)電場作用下，分別到達N區(qū)和P區(qū)，形成光電流。波長更長的紅外光，將透過P型層和耗盡層，直接被N區(qū)吸收。在N區(qū)內(nèi)因光照產(chǎn)生的光生載流子（空穴）一旦漂移到耗盡區(qū)界面，就會在結(jié)電場作用下被拉向P區(qū)，形成光電流。因此，光照射時，流過PN結(jié)的光電流應(yīng)是三部分光電流之和。

二、光敏三極管

光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個對光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏二極管實質(zhì)上是一種相當于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通二極管。其結(jié)構(gòu) 及符號如圖Z0130所示。

當人射光子在基區(qū)及集電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子一空穴對時，便形成光生電壓。由此產(chǎn)生的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了β倍的信號電流。因此，光敏三極管是一種相當干將基極、集電極光敏二極管的電流加以放大的普通晶體管放大。