在進行一些單片機項目開發時，經常會用到光電二極管。光電二極管是一種將光能轉換為電能（電壓或電流）的光傳感器。光電二極管是一種具有PN結的半導體器件。在p（正）層和n（負）層之間，存在本征層。光電二極管接受光能作為輸入以產生電流。
它也被稱為光電探測器、光電傳感器或光探測器。光電二極管工作在反向偏置條件下，即光電二極管的p側連接電池（或電源）的負極，n側連接電池的正極。
典型的光電二極管材料是硅、鍺、砷化銦鎵磷化物和砷化銦鎵。
在內部，光電二極管具有濾光器、內置透鏡和表面積。當光電二極管的表面積增加時，會導致響應時間縮短。很少有光電二極管看起來像發光二極管（LED）。它有兩個端子，如下所示。較小的端子作為陰極，較長的端子作為陽極。
光電二極管的符號類似于LED的符號，但LED中的箭頭指向內，而不是指向外。下圖顯示了光電二極管的符號。
一、光電二極管的工作原理
通常，當用光照射PN結時，共價鍵被電離。這會產生空穴和電子對。由于電子-空穴對的產生而產生光電流。當能量超過1.1eV的光子撞擊二極管時，就會形成電子空穴對。當光子進入二極管的耗盡區時，它以高能量撞擊原子。這導致電子從原子結構中釋放。電子釋放后，產生自由電子和空穴。
一般來說，電子帶負電荷，空穴帶正電荷。耗盡能量將具有內置電場。由于該電場，電子-空穴對遠離結。因此，空穴移動到陽極，電子移動到陰極以產生光電流。
光子吸收強度和光子能量成正比。當照片的能量較少時，吸收會較多。這整個過程被稱為內光電效應。本征激發和外在激發是發生光子激發的兩種方法。當價帶中的電子被光子激發到導帶時，就會發生本征激發過程。
二、光電二極管的工作模式
光電二極管以三種不同的模式運行，它們是：
（1）光伏模式；
（2）光電導模式；
（3）雪崩二極管模式，
下面，讓我們簡單地看一下這些模式。
1.光伏模式
這也稱為零偏置模式。當光電二極管工作在低頻應用和超強光應用中時，這種模式是首選。當光電二極管受到閃光的照射時，就會產生電壓。產生的電壓將具有非常小的動態范圍并且具有非線性特性。當光電二極管在這種模式下配置OP-AMP時，溫度變化會非常小。
2.光電導模式
在這種模式下，光電二極管將在反向偏置條件下工作。陰極為正極，陽極為負極。當反向電壓增加時，耗盡層的寬度也增加。因此，響應時間和結電容將減少。相比之下，這種操作模式速度快，并且會產生電子噪聲。
跨阻放大器用作光電二極管的前置放大器。這種放大器的模式保持電壓保持恒定，使光電二極管工作在光電導模式。
3.雪崩二極管模式
在這種模式下，雪崩二極管在高反向偏置條件下工作。它允許將雪崩擊穿乘以每個光產生的電子-空穴對。因此，這會在光電二極管內產生內部增益。內部增益增加了設備響應。
三、在外部電路中連接光電二極管
光電二極管在反向偏置電路中工作。陽極連接到電路地，陰極連接到電路的正電源電壓。當被光照射時，電流從陰極流向陽極。
當光電二極管與外部電路一起使用時，它們連接到電路中的電源。光電二極管產生的電流量非常小。該電流值不足以驅動電子設備。因此，當它們連接到外部電源時，它會為電路提供更多電流。因此，電池用作電源。電池源有助于增加電流值，這有助于外部設備有更好的性能
四、光電二極管的VI特性
光電二極管在反向偏置條件下工作。沿X軸以伏特為單位繪制反向電壓，沿Y軸以微安為單位繪制反向電流。反向電流不取決于反向電壓。無光照時，反向電流幾乎為零。存在的最小電流量稱為暗電流。一旦光照度增加，反向電流也線性增加。
五、光電二極管的應用
1、光電二極管用于許多簡單的日常應用。使用它們的原因是光電二極管對光照的線性響應。當更多的光落在傳感器上時，它會產生大量的電流。電流的增加將顯示在連接到電路的檢流計上。
2、光電二極管有助于在光耦合器的幫助下提供電隔離。當兩個隔離的電路被光照射時，光耦合器用于光耦合電路。但電路將是電氣隔離的。與傳統設備相比，光耦合器速度更快。
3、光電二極管還用于安全電子設備，如火災和煙霧探測器。它也用于電視單元。
4、在相機中使用時，它們充當光傳感器。它用于閃爍體電荷耦合器件、光電導體和光電倍增管。
5、光電二極管還廣泛用于許多醫療應用，例如分析樣本的儀器、計算機斷層掃描的檢測器，也用于血氣監測儀。
以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的“光電二極管的工作原理與特性”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。
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