基礎(chǔ)知識之光二極管傳感器

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，光敏二極管與半導體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕虼斯ぷ鲿r需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，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弱來改變電路中的電流。

下面是常見的光二極管傳感器模塊：

光敏二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個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。沒有光照時，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子—空穴對，稱為光生載流子。

它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。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載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號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PN結(jié)，不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號一般為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)用場景廣泛。以下是一些光電二極管的應(yīng)用場景：

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

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

3、光測量：光電二極管常用于光度計、光譜儀、色彩測量儀等光學測量設(shè)備中，用于檢測光強度、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，將太陽能等光能轉(zhuǎn)化為電能，如太陽能電池、光電導航系統(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關(guān)，無光照時，光敏而激光VDL因接收反向電壓而截至，晶體管因無基極電流也截止，繼電器出于釋放狀態(tài)。當有光線照射到光敏二極管VDL時，VDL從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷ǎ咕w管相繼導通，繼電器K吸合接通被控電路。

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

8、光轉(zhuǎn)換：光敏二極管可以用作紅外光到可見光的轉(zhuǎn)換。紅外光信號由光敏二極管VDL接收，經(jīng)過晶體管放大后，驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)出可見光。

1、高靈敏度：光電二極管傳感器對光的變化非常敏感，可以檢測到微弱的光信號。

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

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有機械部件，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來自特定方向的光更為敏感，而對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通常在一定的光強范圍內(nèi)是線性的，超出該范圍可能會引起非線性響應(yīng)。

3、溫度依賴性：光電二極管傳感器的靈敏度和響應(yīng)時間可能會受到環(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，某些傳感器可能對高頻光信號響應(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)時間和低功耗等優(yōu)點。然而，使用時應(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 是一家專門設(shè)計和生產(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，為全球各個行業(yè)提供高精度和可靠的溫度測量解決方案。

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)品包括模擬信號處理器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、傳感器和無線通信技術(shù)。

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

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

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 是一家提供光學和光電子技術(shù)解決方案的國際領(lǐng)導者，其產(chǎn)品應(yīng)用于醫(yī)療、安全和科學研究等領(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)用場景對比：

DigiKey網(wǎng)站上光二極管選型

下面是一些光二極管元器件對比：

可以參考LED搭建光敏傳感器電路

下面是使用RP2040驅(qū)動光電二極管的代碼：

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