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一文了解光电子学概论

助工
2018-07-16 14:34:35    评分
在本文中,我们将讨论光电子学的基础知识,将讨论各种光电器件,包括灯,LED,光电二极管,光敏电阻,激光二极管等。


什么是光电子学?

术语光电子学是一门专注于发光或光检测器件的电子学科。

发光装置使用电压和电流来产生电磁辐射(即,)。这种发光装置通常用于照明或作为指示灯。

相反,光检测器件,例如光电晶体管,被设计成将接收的电磁能转换成电流或电压。光检测装置可用于光传感和通信。这些示例包括黑暗激活的开关和遥控器。一般而言,光检测装置通过使用光子来释放半导体材料内的束缚电子。

图1至图4示出了各种光电器件。

 

图1.白炽灯

 

图2. LED

 

图3.光敏电阻。

 

图4.太阳能电池。

 

光子研究综述

光子是电磁辐射(EMR)的基本单位。光子具有传播频率,并且我们基于该频率 - 微波EMR,红外EMR,光学EMR等对EMR进行分类。人眼对光学EMR敏感,其进一步分类为颜色。颜色不是光子的固有属性; 相反,光子具有频率,人类将这些不同的频率解释为不同的颜色。

 

光子背后的一些物理学

光子频率与其波长(λ)之间的关系由下式给出:

λ=ν/ f(以米为单位)


  • ν=光子的速度或速度(单位为m / s)

  • f =频率(以Hz为单位)

在自由空间中,ν是光速(c = 3.0×10 8 m / s)。但在其他媒体中,例如玻璃,ν变得比光速慢。

具有较长波长(即,较低频率)的光子具有比具有较短波长(即,较高频率)的光子更少的能量。

有关光子能量,频率和波长的更多信息,请参见图5。

 

图5.电磁(EM)频谱。

 

诸如白炽灯泡之类的灯是将电流转换成可见光能的装置。白炽灯具有由钨丝制成的灯丝。当电流流过该灯丝时,电流与灯丝原子碰撞,导致灯丝产生热量,导致光子发射。这一特殊过程产生具有各种波长的光子,导致发出的光呈现白色。

卤素灯类似于白炽灯。事实上,卤素灯泡被认为是白炽灯泡的先进形式。卤素灯通常以其明亮的光和非常热的触摸灯泡而闻名。卤素灯使用位于加压灯泡内的灯丝。加压气体由惰性气体和少量卤素元素如溴或碘组成。而且,卤素灯泡的玻璃比普通白炽灯泡中的玻璃强。

荧光灯是完全不同的。它们由水银蒸汽填充的玻璃管组成,其内壁涂有发荧光的材料。当从荧光灯泡的阴极电极发射的电子与汞原子碰撞时,发射UV(紫外线)辐射IC这种紫外线辐射被灯的荧光涂层吸收,从而释放出可见光。

 

发光二极管

发光二极管(LED)是双引线半导体器件,与普通二极管相似,只是它们发出可见光,红外线或紫外线。当LED的阳极引线电压变得比其阴极引线更正(通常通过0.6到2.2V的电压)时,电流流过LED器件,从而产生发光。

从历史的角度来看,红色是第一种LED颜色; 它是在1962年开发的,然后在1968年大规模生产。接下来是黄色,绿色和红外LED。直到1989年蓝色LED才开始商业化。如今,几乎任何LED颜色,包括白色,都是市售的。

 激光二极管

激光二极管是半导体激光器件,其在形式和操作上与发光二极管(LED)非常相似。

光敏

光敏电阻只不过是光控可变电阻,也称为光敏电阻(LDR)。通常,当光敏电阻放置在黑暗中时,其电阻非常高(以兆欧为单位)。相反,当光敏电阻被照射时,其电阻急剧下降 - 取决于照射在其上的光的强度,电阻可能低至数百欧姆。光敏电阻用于光敏开关器件。

 光电二极管

光电二极管是双引线半导体器件,可将光能(即光子)直接转换为电流。使用非常薄的n型半导体和较厚的p型半导体构造光电二极管Ñ侧具有电子的丰度和被认为是阴极,而p侧具有的孔的数量和被认为是阳极。当具有足够能量的光子(即光)照射到二极管时,它产生电子 - 空穴对。当电子朝向阴极移动时,空穴朝向阳极移动,从而产生光感应电流(即,光电流)。

 太阳能电池

太阳能电池只是光电二极管,具有特别大的表面积。这些较大的区域允许太阳能电池对入射光更敏感,并且在电压和电流方面比光电二极管更强大。太阳能电池通常用于太阳能电池板,但它们也经常用作可见光探测器中的光敏元件。例子包括照度计和光敏继电器。

 光电晶体管

您可能已经猜到,光电晶体管是光敏晶体管。有两种常见类型:第一种类似于BJT(双极结型晶体管),第二种类似于FET(场效应晶体管)。BJT型光电晶体管的基极被光敏区域取代; 当此表面保持黑暗时,设备保持关闭状态。FET型光电晶体管(有时称为光电FET)使用光来产生控制漏源电流的栅极电压。与BJT型光电晶体管相比,FET型光电晶体管对光的变化更敏感。

 光隔离器

光隔离器 (也称为光耦合器)是通过光学接口互连两个电路的电子设备。例如,典型的光隔离器由LED和光电晶体管组成,两者都被封装在不透光的外壳中。光隔离器的LED部分连接到驱动电路,光电晶体管是输出设备。因此,当LED通电时,它发射由光电晶体管检测到的光子。光隔离器的典型应用是在两个独立电路之间提供电隔离。

 光纤

光纤与光电器件结合使用,以便通过调制光传输信息。下面的图6是光纤电缆的简单描述。

 

图6.光纤电缆的简单描述。

 

总结

光电子学是研究和应用使用光的电子设备。这些装置包括发光(LED和灯泡),通道光(光纤电缆),检测光(光电二极管和光敏电阻),或由光(光隔离器和光电晶体管)控制的装置。




关键词: 半导体     IC     光电子    

管理员
2018-07-17 08:30:51    评分
2楼

谢谢楼主分享


专家
2018-07-28 21:41:27    评分
3楼

学习并收藏了,谢谢楼主。


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