基礎知識之光二極管傳感器
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1. 什么是光二極管？
光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管是一種能夠將光能轉化為電能的電子器件，光敏二極管與半導體二極管在結構上是類(lèi)似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，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,它隨入射光強度的變化而變化。當光線(xiàn)照射PN結時(shí)，可以使PN結中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。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(lái)改變電路中的電流。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202403/456088.htm下面是常見(jiàn)的光二極管傳感器模塊：
2. 光二極管是如何工作的？
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(gè)PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結的結深很淺，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(chēng)為暗電流。當有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結后，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，稱(chēng)為光生載流子。
它們在反向電壓作用下參加漂移運動(dòng)，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(chēng)為“光電導”。光敏二極管在一般照度的光線(xiàn)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(gè)電信號隨著(zhù)光的變化而相應變化。
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，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(xiàn)照射，實(shí)現光電轉換，在電路圖中文字符號一般為VD。
3. 如何應用光二極管傳感器？
光電二極管是一種能夠將光能轉化為電能的器件，其應用場(chǎng)景廣泛。以下是一些光電二極管的應用場(chǎng)景：
1、光通信：光電二極管廣泛應用于光纖通信領(lǐng)域，作為光信號的接收器件，將光信號轉化為電信號。
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(mén)、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?jì)x等光學(xué)測量設備中，用于檢測光強度、光譜分布等。
4、光電轉換：光電二極管可用于光電轉換器件中，將太陽(yáng)能等光能轉化為電能，如太陽(yáng)能電池、光電導航系統等。
5、光電顯示：光電二極管在光電顯示領(lǐng)域也有應用，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)。當有光線(xiàn)照射到光敏二極管VDL時(shí)，VDL從截止轉變?yōu)閷?，使晶體管相繼導通，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(guò)光信號放大電路，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、光轉換：光敏二極管可以用作紅外光到可見(jiàn)光的轉換。紅外光信號由光敏二極管VDL接收，經(jīng)過(guò)晶體管放大后，驅動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出可見(jiàn)光。
4. 光二極管傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
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、快速響應時(shí)間：光電二極管傳感器的響應時(shí)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，適合在低能耗的應用中使用。
4、高可靠性：光電二極管傳感器沒(méi)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工作，從紅外到紫外。
缺點(diǎn)：
1、有向性：光電二極管傳感器對來(lái)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(xiàn)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是線(xiàn)性的，超出該范圍可能會(huì )引起非線(xiàn)性響應。
3、溫度依賴(lài)性：光電二極管傳感器的靈敏度和響應時(shí)間可能會(huì )受到環(huán)境溫度的影響。
4、限制的頻率響應：不同類(lèi)型的光電二極管傳感器具有不同的頻率響應范圍，某些傳感器可能對高頻光信號響應較差。
綜上所述，光電二極管傳感器是一種常用的光電轉換器件，具有高靈敏度、快速響應時(shí)間和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。然而，使用時(shí)應注意其有向性、線(xiàn)性范圍限制、溫度依賴(lài)性和頻率響應等特性。
5. 光二極管傳感器的供應商有哪些？
Advanced Photonix ：Advanced Photonix 是一家專(zhuān)注于光電傳感器解決方案的公司，其產(chǎn)品廣泛應用于通信、醫療和工業(yè)領(lǐng)域。
American Bright ：American Bright 是一家專(zhuān)門(mén)設計和生產(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(gè)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、數據轉換器、傳感器和無(wú)線(xiàn)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(xiàn)連接技術(shù)。
CEL ：CEL 是一家專(zhuān)注于高頻、高速和功率半導體器件的制造商，其產(chǎn)品應用領(lǐng)域廣泛，包括通信、汽車(chē)和工業(yè)市場(chǎng)。
Everlight Electronics Co Ltd ：Everlight Electronics Co Ltd 是一家專(zhuān)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)解決方案的國際領(lǐng)導者，其產(chǎn)品應用于醫療、安全和科學(xué)研究等領(lǐng)域。
Finisar Corporation ：Finisar Corporation 是一家專(zhuān)注于光通信和網(wǎng)絡(luò )應用的領(lǐng)先光電子元件制造商，其產(chǎn)品包括光模塊和傳感器等。
下面是上述供應商元器件應用場(chǎng)景對比：
6. 從哪里選型和購買(mǎi)光二極管傳感器？
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：
7. 使用RP2040驅動(dòng)光電二極管的簡(jiǎn)單示例
可以參考LED搭建光敏傳感器電路
下面是使用RP2040驅動(dòng)光電二極管的代碼：
from machine import Pin, ADC
from time import sleep
adc = ADC(Pin(26)) #設置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 對應電壓 0.0v - 3.3v
adc_val = adc_num/65535*3.3 #將ADC的原始值轉換為電壓值
print(str(adc_val)) #打印
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