基礎(chǔ)知識(shí)之光二極管傳感器

光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管是一種能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的電子器件，光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。

下面是常見(jiàn)的光二極管傳感器模塊：

光敏二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。

光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，稱為光生載流子。

它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。

光敏二極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光敏二極管和普通二極管一樣具有一個(gè)PN結(jié)，不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號(hào)一般為VD。

光電二極管是一種能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的器件，其應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。以下是一些光電二極管的應(yīng)用場(chǎng)景：

1、光通信：光電二極管廣泛應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域，作為光信號(hào)的接收器件，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

2、光電探測(cè)：光電二極管可以用于各種光電傳感器中，如光電門(mén)、反射式傳感器、光電編碼器等。

3、光測(cè)量：光電二極管常用于光度計(jì)、光譜儀、色彩測(cè)量?jī)x等光學(xué)測(cè)量設(shè)備中，用于檢測(cè)光強(qiáng)度、光譜分布等。

4、光電轉(zhuǎn)換：光電二極管可用于光電轉(zhuǎn)換器件中，將太陽(yáng)能等光能轉(zhuǎn)化為電能，如太陽(yáng)能電池、光電導(dǎo)航系統(tǒng)等。

5、光電顯示：光電二極管在光電顯示領(lǐng)域也有應(yīng)用，如液晶顯示器、LED顯示屏等。

6、光控：光敏二極管可以用作光控開(kāi)關(guān)，無(wú)光照時(shí)，光敏而激光VDL因接收反向電壓而截至，晶體管因無(wú)基極電流也截止，繼電器出于釋放狀態(tài)。當(dāng)有光線照射到光敏二極管VDL時(shí)，VDL從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，使晶體管相繼導(dǎo)通，繼電器K吸合接通被控電路。

7、光信號(hào)接收：光敏二極管可以用作接收光信號(hào)。它一般通過(guò)光信號(hào)放大電路，再有光敏二極管接收，最后經(jīng)過(guò)放大用過(guò)耦合電容輸出。

8、光轉(zhuǎn)換：光敏二極管可以用作紅外光到可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換。紅外光信號(hào)由光敏二極管VDL接收，經(jīng)過(guò)晶體管放大后，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出可見(jiàn)光。

1、高靈敏度：光電二極管傳感器對(duì)光的變化非常敏感，可以檢測(cè)到微弱的光信號(hào)。

2、快速響應(yīng)時(shí)間：光電二極管傳感器的響應(yīng)時(shí)間非常短，可以迅速地檢測(cè)到光信號(hào)的變化。

3、低功耗：光電二極管傳感器所需的功率非常低，適合在低能耗的應(yīng)用中使用。

4、高可靠性：光電二極管傳感器沒(méi)有機(jī)械部件，因此具有較高的可靠性和耐用性。

5、寬工作頻率范圍：光電二極管傳感器可以在廣泛的頻率范圍內(nèi)工作，從紅外到紫外。

1、有向性：光電二極管傳感器對(duì)來(lái)自特定方向的光更為敏感，而對(duì)其他方向的光可能不太敏感。

2、有限的線性范圍：光電二極管傳感器的輸出信號(hào)通常在一定的光強(qiáng)范圍內(nèi)是線性的，超出該范圍可能會(huì)引起非線性響應(yīng)。

3、溫度依賴性：光電二極管傳感器的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。

4、限制的頻率響應(yīng)：不同類型的光電二極管傳感器具有不同的頻率響應(yīng)范圍，某些傳感器可能對(duì)高頻光信號(hào)響應(yīng)較差。

綜上所述，光電二極管傳感器是一種常用的光電轉(zhuǎn)換器件，具有高靈敏度、快速響應(yīng)時(shí)間和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。然而，使用時(shí)應(yīng)注意其有向性、線性范圍限制、溫度依賴性和頻率響應(yīng)等特性。

Advanced Photonix ：Advanced Photonix 是一家專注于光電傳感器解決方案的公司，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域。

American Bright ：American Bright 是一家專門(mén)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)發(fā)光二極管（LED）產(chǎn)品的公司，提供各種用途的高品質(zhì)照明解決方案。

Amphenol Thermometrics ： Amphenol Thermometrics 是一家領(lǐng)先的溫度傳感器制造商，為全球各個(gè)行業(yè)提供高精度和可靠的溫度測(cè)量解決方案。

ams OSRAM ：ams OSRAM 是一家集成光電子解決方案的領(lǐng)軍公司，其產(chǎn)品涵蓋各種光傳感器、LED照明和顯示技術(shù)。

Analog Devices Inc ： Analog Devices Inc 是一家全球領(lǐng)先的模擬技術(shù)解決方案提供商，其產(chǎn)品包括模擬信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、傳感器和無(wú)線通信技術(shù)。

Broadcom Limited ：Broadcom Limited 是一家全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，其產(chǎn)品范圍涵蓋網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式處理器和無(wú)線連接技術(shù)。

CEL ：CEL 是一家專注于高頻、高速和功率半導(dǎo)體器件的制造商，其產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括通信、汽車和工業(yè)市場(chǎng)。

Everlight Electronics Co Ltd ：Everlight Electronics Co Ltd 是一家專注于LED照明和顯示技術(shù)的制造商，提供各種LED組件和系統(tǒng)解決方案。

Excelitas Technologies ：Excelitas Technologies 是一家提供光學(xué)和光電子技術(shù)解決方案的國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)者，其產(chǎn)品應(yīng)用于醫(yī)療、安全和科學(xué)研究等領(lǐng)域。

Finisar Corporation ：Finisar Corporation 是一家專注于光通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的領(lǐng)先光電子元件制造商，其產(chǎn)品包括光模塊和傳感器等。

下面是上述供應(yīng)商元器件應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比：

DigiKey網(wǎng)站上光二極管選型

下面是一些光二極管元器件對(duì)比：

可以參考LED搭建光敏傳感器電路

下面是使用RP2040驅(qū)動(dòng)光電二極管的代碼：

from machine import Pin, ADC
from time import sleep
adc = ADC(Pin(26)) #設(shè)置ADC的管腳
while 1:
    adc_num = adc.read_u16() #讀取光電二極管ADC的原始值，0-65535 對(duì)應(yīng)電壓 0.0v - 3.3v
    adc_val = adc_num/65535*3.3 #將ADC的原始值轉(zhuǎn)換為電壓值
    print(str(adc_val)) #打印