在进行一些单片机项目开发时，经常会用到光电二极管。光电二极管是一种将光能转换为电能（电压或电流）的光传感器。光电二极管是一种具有PN结的半导体器件。在p（正）层和n（负）层之间，存在本征层。光电二极管接受光能作为输入以产生电流。
它也被称为光电探测器、光电传感器或光探测器。光电二极管工作在反向偏置条件下，即光电二极管的p侧连接电池（或电源）的负极，n侧连接电池的正极。
典型的光电二极管材料是硅、锗、砷化铟镓磷化物和砷化铟镓。
在内部，光电二极管具有滤光器、内置透镜和表面积。当光电二极管的表面积增加时，会导致响应时间缩短。很少有光电二极管看起来像发光二极管（LED）。它有两个端子，如下所示。较小的端子作为阴极，较长的端子作为阳极。
光电二极管的符号类似于LED的符号，但LED中的箭头指向内，而不是指向外。下图显示了光电二极管的符号。
一、光电二极管的工作原理
通常，当用光照射PN结时，共价键被电离。这会产生空穴和电子对。由于电子-空穴对的产生而产生光电流。当能量超过1.1eV的光子撞击二极管时，就会形成电子空穴对。当光子进入二极管的耗尽区时，它以高能量撞击原子。这导致电子从原子结构中释放。电子释放后，产生自由电子和空穴。
一般来说，电子带负电荷，空穴带正电荷。耗尽能量将具有内置电场。由于该电场，电子-空穴对远离结。因此，空穴移动到阳极，电子移动到阴极以产生光电流。
光子吸收强度和光子能量成正比。当照片的能量较少时，吸收会较多。这整个过程被称为内光电效应。本征激发和外在激发是发生光子激发的两种方法。当价带中的电子被光子激发到导带时，就会发生本征激发过程。
二、光电二极管的工作模式
光电二极管以三种不同的模式运行，它们是：
（1）光伏模式；
（2）光电导模式；
（3）雪崩二极管模式，
下面，让我们简单地看一下这些模式。
1.光伏模式
这也称为零偏置模式。当光电二极管工作在低频应用和超强光应用中时，这种模式是首选。当光电二极管受到闪光的照射时，就会产生电压。产生的电压将具有非常小的动态范围并且具有非线性特性。当光电二极管在这种模式下配置OP-AMP时，温度变化会非常小。
2.光电导模式
在这种模式下，光电二极管将在反向偏置条件下工作。阴极为正极，阳极为负极。当反向电压增加时，耗尽层的宽度也增加。因此，响应时间和结电容将减少。相比之下，这种操作模式速度快，并且会产生电子噪声。
跨阻放大器用作光电二极管的前置放大器。这种放大器的模式保持电压保持恒定，使光电二极管工作在光电导模式。
3.雪崩二极管模式
在这种模式下，雪崩二极管在高反向偏置条件下工作。它允许将雪崩击穿乘以每个光产生的电子-空穴对。因此，这会在光电二极管内产生内部增益。内部增益增加了设备响应。
三、在外部电路中连接光电二极管
光电二极管在反向偏置电路中工作。阳极连接到电路地，阴极连接到电路的正电源电压。当被光照射时，电流从阴极流向阳极。
当光电二极管与外部电路一起使用时，它们连接到电路中的电源。光电二极管产生的电流量非常小。该电流值不足以驱动电子设备。因此，当它们连接到外部电源时，它会为电路提供更多电流。因此，电池用作电源。电池源有助于增加电流值，这有助于外部设备有更好的性能
四、光电二极管的VI特性
光电二极管在反向偏置条件下工作。沿X轴以伏特为单位绘制反向电压，沿Y轴以微安为单位绘制反向电流。反向电流不取决于反向电压。无光照时，反向电流几乎为零。存在的最小电流量称为暗电流。一旦光照度增加，反向电流也线性增加。
五、光电二极管的应用
1、光电二极管用于许多简单的日常应用。使用它们的原因是光电二极管对光照的线性响应。当更多的光落在传感器上时，它会产生大量的电流。电流的增加将显示在连接到电路的检流计上。
2、光电二极管有助于在光耦合器的帮助下提供电隔离。当两个隔离的电路被光照射时，光耦合器用于光耦合电路。但电路将是电气隔离的。与传统设备相比，光耦合器速度更快。
3、光电二极管还用于安全电子设备，如火灾和烟雾探测器。它也用于电视单元。
4、在相机中使用时，它们充当光传感器。它用于闪烁体电荷耦合器件、光电导体和光电倍增管。
5、光电二极管还广泛用于许多医疗应用，例如分析样本的仪器、计算机断层扫描的检测器，也用于血气监测仪。
以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“光电二极管的工作原理与特性”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。
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