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光电二极管工作原理

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。

光电二极管主要特性

1、光电二极管的伏安特性。

光电二极管的伏安特性是指光电二极管上所产生的光电流与其两端所加电压之间的关系。

2、光电二极管的光照特性

当的灵敏度。

3、光电二极管的光谱特性

光电二极管的光电流与入射光的波长的关系叫光谱特性。光子能量的大小与光的波长有关：波长越长，光子具有的能量越小；相反，波长越短，光子具有的能量越大。

光电二极管的分类

光电二极管" 英文通常称为 Photo-Diode　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。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它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在处于截止状态，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，以便接收进射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，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。光的强度约大，反向电流也约大。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。

一、根据构造分类

半导体二极管主要是依*PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型，也被列进一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内，根据PN结构造面的特点，把晶体二极管分类如下：

1、点接触型二极管

点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。但是，与面结型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大电流和整流

2、键型二极管

键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。

3、合金型二极管

在N型锗或硅的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。

4、扩散型二极管

　 在高温的P型杂质气体中，加热N型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部变成P型，以此法PN结。因PN结正向电压降小，适用于大电流整流。

5、台面型二极管

PN结的制作方法固然与扩散型相同，但是，只保存PN结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形，因而得名。

6、平面型二极管

在半导体单晶片（主要地是N型硅单晶片）上，扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此，不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整，故而得名。

7、合金扩散型二极管

它是合金型的一种。合金材料是轻易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质，就能与合金一起过扩散，以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。

8、外延型二极管

用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布，故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

9、肖特基二极管

基本原理是：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间trr特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

二、根据用途分类

1、检波用二极管

就原理而言，从输进信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

2、整流用二极管

就原理而言，从输进交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型，工作频率小于KHz，最高反向电压从25伏至3000伏分A～X共22档。分类如下：①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。

3、限幅用二极管

大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪器|仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售：依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。

4、调制用二极管

通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途，但它们通常是直接作为调频用。

5、混频用二极管

使用二极管混频方式时，在500～10,000Hz的频率范围内，多采用肖特基型和点接触型二极管。

6、放大用二极管

用二极管放大，大致有依*隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大，以及用变容二极管的参量放大。因此，放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。

7、开关用二极管

有在小电流下（10mA程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管，也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。

8、变容二极管

用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。

9、频率倍增用二极管

对二极管的频率倍增作用而言，有依*变容二极管的频率倍增和依*阶跃（即急变）二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器，可变电抗器固然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同，但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管，从导通切换到封闭时的反向恢复时间trr短，因此，其特长是急速地变成封闭的转移时间明显地短。

10、稳压二极管

是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压（又称齐纳电压）从3V左右到150V，按每隔10%，能划分成很多等级。在功率方面，也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻RZ很小，一般为2CW型；将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。

11、PIN型二极管（PIN Diode）

这是在P区和N区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。

12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)

它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的：利用雪崩击穿对晶体注进载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

13、江崎二极管 （Tunnel Diode）

它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的（即高浓度杂质的）。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。

14、快速关断（阶跃恢复）二极管 (Step Recovary Diode)

它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是：在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区，从而形成“自助电场”。由于PN结在正向偏压下，以少数载流子导电，并在PN结四周具有电荷存贮效应，使其反向电流需要经历一个“存贮时间”后才能降至最小值（反向饱和电流值）。

15、肖特基二极管 （Schottky Barrier Diode）

它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。

16、阻尼二极管

具有较高的反向工作电压和峰值电流，正向压降小，高频高压整流二极管，用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。

17、瞬变电压抑制二极管

TVP管，对电路进行快速过压保护，分双极型和单极型两种，按峰值功率（500W－5000W）和电压（8.2V～200V）分类。

18、双基极二极管（单结晶体管）

两个基极，一个发射极的三端负阻器件，用于张驰振荡电路，定时电压读出电路中，它具有频率易调、温度稳定性好等优点。

19、发光二极管

用磷化镓、磷砷化镓材料制成，体积小，正向驱动发光。工作电压低，工作电流小，发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

三、根据特性分类

点接触型二极管，按正向和反向特性分类如下。

1、一般用点接触型二极管

这种二极管正如标题所说的那样，通常被使用于检波和整流电路中，是正向和反向特性既不特别好，也不特别坏的中间产品。如：SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。

2、高反向耐压点接触型二极管

是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中，有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管，其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。

3、高反向电阻点接触型二极管

正向电压特性和一般用二极管相同。固然其反方向耐压也是特别地高，但反向电流小，因此其特长是反向电阻高。使用于高输进电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中，就锗材料高反向电阻型二极管而言，SD54、1N54A等等属于这类二极管。

4、高传导点接触型二极管

它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差，但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言，有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言，能够得到更优良的特性。

由於现代的开关电源工作频率都在20khz以上,比起一般的整流二极管,快速恢复二极管和超快速恢复二极管的反向恢复时间减小到了毫微秒极.因此,大大进步了电源的效率.据经验,在选择快速恢复二极管时,其反向恢复时间至少应该比开关晶体管的上升时间低三倍.这两种整流二极管还减少了开关电压尖峰.而这种尖峰直接影响输出直流电压的纹波.虽然某些称为软恢复型整流二极管的噪声较小,但是它们的反向恢复时间trr较长,反向电流Irm也较大.因此使得开关损耗较大.快速恢复整流二极管和超快恢复整流二极管在开关电源中作为整流器使用时,是否需要散热器,要根据电路的最大功率决定.一般情况下,这些二极管再制造时允许的结温在175度.生产厂家对其产品都有技术说明,提供给设计者往计算最大的输出工作电流,电压,及外壳温度等.