一、光敏二極管概述
光敏二極管,亦稱光電二極管,是一種具備獨特光電轉換能力的半導體器件。它能夠將接收到的光信號轉化為相應的電流或電壓信號,從而實現對光信號的有效探測。光敏二極管的核心組件同樣是 PN 結,與常規二極管相比,在結構設計上存在明顯差異。為提升對入射光的接收效率,其 PN 結面積被盡可能擴大,而電極面積則相應縮小。同時,PN 結的結深相對較淺,通常不超過 1 微米。在反向電壓的作用下,光敏二極管正常工作。在無光照條件下,反向電流極小,一般低于 0.1 微安,這一電流被稱為暗電流。當有光照時,攜帶能量的光子進入 PN 結區域,將能量傳遞給共價鍵上的束縛電子,促使部分電子掙脫共價鍵的束縛,形成電子 - 空穴對,也就是所謂的光生載流子。
二、光敏電阻概述
光敏電阻,又名光導管,主要以硫化鎘為常用制作材料,此外,硒、硫化鋁、硫化鉛以及硫化鉍等材料也常用于制作光敏電阻。這些材料在特定波長的光照射下,展現出阻值迅速降低的特性。究其原因,是在光照條件下產生的載流子參與導電過程,在外加電場的作用下,電子向電源正極移動,空穴向電源負極移動,進而導致光敏電阻器的阻值快速下降。基于內光電效應的原理,光敏電阻得以工作。光照強度越高,電阻值越低。隨著光照強度的增加,電阻值呈迅速減小的趨勢,亮電阻值甚至可降至 1kΩ 以下。在無光照時,光敏電阻處于高阻狀態,暗電阻通常可達 1.5mΩ。光敏電阻憑借其對光線的高度敏感性,隨著科技的不斷進步,應用前景十分廣闊。
三、光敏二極管工作原理
光敏二極管作為將光信號轉換為電信號的半導體器件,其核心部分 PN 結的結構設計有別于普通二極管。為了接收更多的入射光,PN 結面積被盡可能擴大,電極面積則相應縮小。通常情況下,PN 結的結深較淺,一般小于 1 微米。在反向電壓的作用下,光敏二極管正常工作。當沒有光照時,反向電流很小,這被稱為暗電流。而當有光照時,攜帶能量的光子進入 PN 結區域后,將能量傳遞給束縛電子,使部分電子掙脫共價鍵,形成電子 - 空穴對,即光生載流子。這些光生載流子在反向電壓的作用下參與漂移運動,從而使反向電流顯著增大。光的強度越大,產生的反向電流也越大,這種特性被稱為 “光電導”。在一般照度的光線照射下,光敏二極管所產生的電流稱為光電流。若在外電路上連接負載,負載上就能獲得隨光的變化而相應變化的電信號。
四、光敏電阻工作原理
光敏電阻的工作原理基于內光電效應。將半導體光敏材料兩端裝上電極引線,并封裝在帶有透明窗的管殼內,就構成了光敏電阻。為提高靈敏度,兩電極通常設計成梳狀。制造光敏電阻的材料主要包括金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。光敏電阻或光導管常用的制作材料為硫化鎘,此外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等。這些材料在特定波長的光照射下,阻值會迅速減小。這是因為光照產生的載流子參與導電,在外加電場作用下,電子向電源正極移動,空穴向電源負極移動,導致光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻是由硫化鎘或硒化鎘等半導體材料制成的特殊電阻器,其工作原理基于內光電效應。光照越強,阻值越低。隨著光照強度的升高,電阻值迅速降低,亮電阻值可降至 1kΩ 以下。光敏電阻對光線極為敏感,在無光照時呈高阻狀態,暗電阻一般可達 1.5mΩ。隨著科技的不斷發展,光敏電阻的特殊性能將在眾多領域得到更為廣泛的應用。


五、光敏二極管和光敏電阻的區別
(一)功能差異
光敏電阻利用半導體材料及其他材料的光特性,實現可變電阻的功能。而光敏二極管則是借助半導體材料的光特性,實現二極管的開關功能。
(二)材料區別
盡管在某些情況下,光敏電阻和光敏二極管會使用相同的材料,如硅、砷化鎵等,但光敏電阻的材料選擇范圍更為廣泛。
(三)參數不同
光敏電阻的參數包括標稱電阻值、使用環境溫度(最高工作溫度)、測量功率、額定功率、標稱電壓(最大工作電壓)、工作電流、溫度系數、材料常數、時間常數等。而光敏二極管的參數則涵蓋最高工作電壓、暗電流、光電流、光電靈敏度、響應時間、結電容和正向壓降等。
(四)結構差異
光敏電阻僅需兩個電極即可構成。而光敏二極管則要求兩個電極之間能夠形成一個 PN 結。此外,為增加導通電流,光敏二極管的一個電極面積被設計得較大,另一個電極面積相對較小。
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