LED及光电探测器
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方式
1 恒流驱动 保持LED的电流不变, 让LED在恒定的电流下工作, 对于提高LED的发光效率,稳定度及减少光衰度, 恒流驱动电路是最好的选择, 大功率LED都采用恒流驱动方式. 但恒流驱动效率比较低, 大电流工作 时产生的驱动芯片会产生大量的热量, 需要做必要的散热处理. 2 恒压驱动 保持对LED两端输出电压不变. 因为每种LED的电压是不一样的, 一般用电阻串联来限制电流. 这种 电路成本低,设计简单. 但电流不稳定, 效率也很低. 所以一般使用在普通的小功率LED的驱动电路中. 3 PWM控制方式电源驱动 主要由输入整流滤波,输出整流滤波,PWM稳压控制和开关能量转换四个部分组成. PWM开关稳压的 基本原理是在输入电压,内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的 差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(相对 稳压电源或恒流电源). 电源效率极高, 一般可以做到80%-90%, 输出电压,电流稳定. 一般这种电路都 有完善的保护措施,属于高可靠性电源.
PD的基本特性和主要参数 的基本特性和主要参数
1 电压-电流特性 电压 电流特性 光电二极管的电压电流特性在无光照的时,与一般二极管 一样. 受光后,它的特性曲线沿电流轴向下平移, 平移的幅 度与光照强度成正比. 特性曲线在第三象限时, 表达了管子 在加有反向电压并受光照时的反向特性. 此特性表明: 1 反向电流随入射光照度的增大而增大, 在一 定的反向电压范围内, 反向电流的大小几乎与反向电压高 低无关. 2 在入射照度一定时,光电二极管相当于一个恒流 源, 其输出电压随负载电阻增大而升高. 特性曲线在第四象 限时, 它呈光电池特性, 光照强度越大，负载电阻越小，电流越大。 , , 反向工作电压UR 反向工作电压 在无光照时，光电二极管中反向电流≤0．2—0．31µA时，允许的最高反向电压一般不大于10V， 最高可达50V。 暗电流ID 暗电流 在无光照时，加一定反向电压时的反向漏电流为暗电流。通常在50V反压下的暗电流小于100nA。 光电流IL 光电流 在受到一定光照及一定反压条件下，流过管子的电流为光电流。一般光电流为几十µA，并且与照 度成线性关系。 光谱响应特性 硅光电二极管的光谱范围为400～1100nm，其峰值波长为880～900nm。锗光电二极管的光谱范 围为800～1800nm。InGaAs光电二极管的光谱范围为800～2600nm。
2 3 4 5
PD前置放大电路 前置放大电路
上图是一个光电探测器的前置放大电路。 将光电Ge、InAs、InSb探测器的电流输出转化为电压输出 。它将信号放大后应用于 示波器、锁定放大器、A/D转换器等。对放大器要求超低偏置电流和低噪声。
LED基本结构 基本结构
面发光二极管
边发光二极管
LED的基本特性 的基本特性
1 光电特性 LED在其电流极限范围内流过LED的电流越大, 他的发光亮度越高. 即: LED的亮度与通 过LED的电流成正比. 但绿光和蓝光及白光在大电流的情况下会出现饱和现象, 不仅发 光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短 2 光学特性 LED按颜色分红,橙,黄, 绿, 紫, 白等多种颜色. 按亮度分普亮, 高亮, 超高亮等, 同种芯片 才不同的封装方式下,它的亮度也有不同. 按人的视觉分可见光和不可见光. 按发光颜色 的多少分单色,双色,七色等多种类型. 3 LED电性能参数 正向电压Vf: 红 黄色的LED Vf为1.8-2.5V; 绿色和蓝色的LED Vf为2.7-4.0V 额定电流If: 普通的LED的If为20mA, 大功率的LED If为40mA或350mA不等, 有些大功 率的LED的If可以达到500mA以上. LED的功率: 有70mW, 100mW, 1W, 2W, 3W, 5W等 4 温度特性 LED的焊接温度应控制在250℃以下, 焊接时间控制在3-5S, 注意避免温度过过使芯片损坏. LED
LED及光电探测器 及光电探测器 基础知识
王静 2010/07/09
光通信用的元器件包括： 光通信用的元器件包括：光纤 光纤连接器 光有源器件 光无源器件
光有源器件包括: 光有源器件包括
需要有外加电源的存在才可以 表现出外在特性的器件 主要包括: 主要包括 光源(LD, LED) 光电探测器(PIN, APD) 光纤放大器(EDFA) 光源-光纤耦合器 光源-探测耦合器
光电二极管PD工作原理 光电二极管 工作原理
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。 它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比， 在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结 面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN 结的结深很浅，一般小于1微米。 光电二极管在反向电压作用下工作的。没有光照 时,反向电流极其微弱（一般小于0.1uA），叫暗电流。 有光照时, 携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共 价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生 电子空穴对,称为光生载流子。 它们在反方向电压作 用下参加漂移运动,使反向电流明显变大, 光的强度越 大,反向电流也越大, 这种特性叫光电导。 光电二极管 在一般照度的光线照射下所产生的电流叫光电流. 如 果在外电路上接上负载,负载上就获得电信号,而且这 个电信号随着光的变化而相应的变化。
LED
LED就是发光二极管(Light Emitting Diode ), 是一种可以将电能转 化成光能的电子器件，具有二极管的特性。基本结构是一快电 致发光的半导体晶片，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负 电极。
LED发光原理 LED是一种固态半导体器件，它可以直接把电转化成光，LED 的心脏是一个半导体晶片，晶片的一端是负极,另一端是正极， 使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成， 一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位， 另一端是N型 半导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时 候，它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个 晶片的时候,电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合， 然后就会以光子的形式发出能量。而光的波长是光的颜色,是 由形成PN结的材料决定的。
UV LED
UV (Ultraviolet Rays) 即: 紫外线, 从LED原理我们知道, LED是在半导体P-N结处流过正向电流时, 能以高的转换效率辐射出200-1550m范围包括紫外, 红外和可见光谱的光. 紫外线是肉眼看不到的,是可 见紫色光以外的一段电磁辐射, 波长在10nm到400nm的范围,通常按其性质的不同分为以下几段: 真空 紫外线(Vacuum UV) 波长为10-200nm; 短波紫外线(UV-C) 波长为200-290n; 中波紫外线(UV-B) 波长 为290-320nm; 长波紫外线(UV-A) 波长为320-400nm(我们公司UV胶固化用的是365nm波长的紫外 线); , 可见光(Visible Light) 波长为400-760nm . UV LED 光固化特性: 使用寿命长, 无热辐射, 环保无污染, 超强照度, 能耗低, 安装简单, 节约空间等特点 目前市场上主要有：UV-LED点光源固化机， UV-LED线光源固化机，UV-LED面光源固化机，便携式 UV-LED固化装置 UV LED光固化领域: 微电子行业: 手机元件装配(像机镜头, 听筒, 话筒,外壳, 液晶模组,触摸屏等), 硬盘磁头装配, DVD/数 码像机, 马达及元件装配, 半导体芯片, 传感器生产等等. PCB行业: 元件固定, 防潮灌封, 电路板保型涂层, 地线,飞线,线圈固定, 波峰焊通孔掩膜等. 医疗器械: 麻醉面罩, 注射器, 导液管, 静脉输液管, 血管植入配件, 内窥镜, 动脉定位等. 光学行业: 光学元件装配, 图像仪器装配等. 光通信行业: 无源器件(WDM, AWG, Splitter, Isolator, Coupler), 有源器件(同轴器件,激光准直器), 光纤 光缆等. 科研: 高分子化学, 医疗高分子材料, 光化学, 半导体等.
光无源器件: 光无源器件
不依靠外加电源（直流或交流）的存 在就能独立表现出其外特性的器件 主要包括: 主要包括 光耦合器 (Coupler) 光开关 光隔离器(Isolator) 光衰减器(IVOA) 光调制器 光分器(Splitter) 波分复用器(WDM AWG) 光波导器件(Fiber Array)
的亮度输出与温度成反比, 温度不仅影响亮度,而且影响它的寿命,使用中减少发热,一定要做必要的 散热处理 5 防静电特性 LED装配过程中必须加强防静电措施, 操作人员配带防静电腕带及设置良好的防静电接地系统可以 保护LED, 防止LED被静电方向击穿.
LD
LD(Laser Diode) 半导体激光二极管, 也是发光二极管, 和LED类似, 也有一个PN结,同样是利用外电源向PN结注入电子来发光. 半导体 激光器的结构通常由P层 N层和形成双异质结的有源层构成。体积 小，耦合效率高，响应速度快。LD，光线比较集中，、质量轻、寿 命长、结构简单而坚固. (如右图) 常用参数: 波长 阈值电流Ith 工作电流Iop 垂直发散角 水平发散角 监控电流 Im 种类: FP-LD (法布里-珀罗腔激光器) DFB-LD(分布式反馈激光器 ) VCESL-LD(垂直腔面发射激光器) DBR-LD(分布布拉格反射器激光器) FG-LD(光纤光栅激光器) 等等……
光电探测器PD 光电探测器
光电探测器PD (Photo Diode)PD就是光电二极管,它把光信号 转换为电信号,是广泛应用的光敏器件.光电二极管和普通二极 管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有 一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换 . 根据光电探测器的材料不同主要分为以下类型: Ge(锗)光电探测器 Si(硅)光电探测器 InGaAs(铟镓砷 )光电探测器 InAs(铟砷 )光电探测器 PbS(硫化铅)光电探测器 PbSe(硒化铅 )光电探测器 InSb(锑化铟 )光电探测器 HgCdTe(热电制冷 )光电探测器
1 恒流驱动 保持LED的电流不变, 让LED在恒定的电流下工作, 对于提高LED的发光效率,稳定度及减少光衰度, 恒流驱动电路是最好的选择, 大功率LED都采用恒流驱动方式. 但恒流驱动效率比较低, 大电流工作 时产生的驱动芯片会产生大量的热量, 需要做必要的散热处理. 2 恒压驱动 保持对LED两端输出电压不变. 因为每种LED的电压是不一样的, 一般用电阻串联来限制电流. 这种 电路成本低,设计简单. 但电流不稳定, 效率也很低. 所以一般使用在普通的小功率LED的驱动电路中. 3 PWM控制方式电源驱动 主要由输入整流滤波,输出整流滤波,PWM稳压控制和开关能量转换四个部分组成. PWM开关稳压的 基本原理是在输入电压,内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的 差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(相对 稳压电源或恒流电源). 电源效率极高, 一般可以做到80%-90%, 输出电压,电流稳定. 一般这种电路都 有完善的保护措施,属于高可靠性电源.
PD的基本特性和主要参数 的基本特性和主要参数
1 电压-电流特性 电压 电流特性 光电二极管的电压电流特性在无光照的时,与一般二极管 一样. 受光后,它的特性曲线沿电流轴向下平移, 平移的幅 度与光照强度成正比. 特性曲线在第三象限时, 表达了管子 在加有反向电压并受光照时的反向特性. 此特性表明: 1 反向电流随入射光照度的增大而增大, 在一 定的反向电压范围内, 反向电流的大小几乎与反向电压高 低无关. 2 在入射照度一定时,光电二极管相当于一个恒流 源, 其输出电压随负载电阻增大而升高. 特性曲线在第四象 限时, 它呈光电池特性, 光照强度越大，负载电阻越小，电流越大。 , , 反向工作电压UR 反向工作电压 在无光照时，光电二极管中反向电流≤0．2—0．31µA时，允许的最高反向电压一般不大于10V， 最高可达50V。 暗电流ID 暗电流 在无光照时，加一定反向电压时的反向漏电流为暗电流。通常在50V反压下的暗电流小于100nA。 光电流IL 光电流 在受到一定光照及一定反压条件下，流过管子的电流为光电流。一般光电流为几十µA，并且与照 度成线性关系。 光谱响应特性 硅光电二极管的光谱范围为400～1100nm，其峰值波长为880～900nm。锗光电二极管的光谱范 围为800～1800nm。InGaAs光电二极管的光谱范围为800～2600nm。
2 3 4 5
PD前置放大电路 前置放大电路
上图是一个光电探测器的前置放大电路。 将光电Ge、InAs、InSb探测器的电流输出转化为电压输出 。它将信号放大后应用于 示波器、锁定放大器、A/D转换器等。对放大器要求超低偏置电流和低噪声。
LED基本结构 基本结构
面发光二极管
边发光二极管
LED的基本特性 的基本特性
1 光电特性 LED在其电流极限范围内流过LED的电流越大, 他的发光亮度越高. 即: LED的亮度与通 过LED的电流成正比. 但绿光和蓝光及白光在大电流的情况下会出现饱和现象, 不仅发 光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短 2 光学特性 LED按颜色分红,橙,黄, 绿, 紫, 白等多种颜色. 按亮度分普亮, 高亮, 超高亮等, 同种芯片 才不同的封装方式下,它的亮度也有不同. 按人的视觉分可见光和不可见光. 按发光颜色 的多少分单色,双色,七色等多种类型. 3 LED电性能参数 正向电压Vf: 红 黄色的LED Vf为1.8-2.5V; 绿色和蓝色的LED Vf为2.7-4.0V 额定电流If: 普通的LED的If为20mA, 大功率的LED If为40mA或350mA不等, 有些大功 率的LED的If可以达到500mA以上. LED的功率: 有70mW, 100mW, 1W, 2W, 3W, 5W等 4 温度特性 LED的焊接温度应控制在250℃以下, 焊接时间控制在3-5S, 注意避免温度过过使芯片损坏. LED
LED及光电探测器 及光电探测器 基础知识
王静 2010/07/09
光通信用的元器件包括： 光通信用的元器件包括：光纤 光纤连接器 光有源器件 光无源器件
光有源器件包括: 光有源器件包括
需要有外加电源的存在才可以 表现出外在特性的器件 主要包括: 主要包括 光源(LD, LED) 光电探测器(PIN, APD) 光纤放大器(EDFA) 光源-光纤耦合器 光源-探测耦合器
光电二极管PD工作原理 光电二极管 工作原理
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。 它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比， 在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结 面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN 结的结深很浅，一般小于1微米。 光电二极管在反向电压作用下工作的。没有光照 时,反向电流极其微弱（一般小于0.1uA），叫暗电流。 有光照时, 携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共 价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生 电子空穴对,称为光生载流子。 它们在反方向电压作 用下参加漂移运动,使反向电流明显变大, 光的强度越 大,反向电流也越大, 这种特性叫光电导。 光电二极管 在一般照度的光线照射下所产生的电流叫光电流. 如 果在外电路上接上负载,负载上就获得电信号,而且这 个电信号随着光的变化而相应的变化。
LED
LED就是发光二极管(Light Emitting Diode ), 是一种可以将电能转 化成光能的电子器件，具有二极管的特性。基本结构是一快电 致发光的半导体晶片，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负 电极。
LED发光原理 LED是一种固态半导体器件，它可以直接把电转化成光，LED 的心脏是一个半导体晶片，晶片的一端是负极,另一端是正极， 使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成， 一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位， 另一端是N型 半导体，在这边主要是电子。 但这两种半导体连接起来的时 候，它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个 晶片的时候,电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合， 然后就会以光子的形式发出能量。而光的波长是光的颜色,是 由形成PN结的材料决定的。
UV LED
UV (Ultraviolet Rays) 即: 紫外线, 从LED原理我们知道, LED是在半导体P-N结处流过正向电流时, 能以高的转换效率辐射出200-1550m范围包括紫外, 红外和可见光谱的光. 紫外线是肉眼看不到的,是可 见紫色光以外的一段电磁辐射, 波长在10nm到400nm的范围,通常按其性质的不同分为以下几段: 真空 紫外线(Vacuum UV) 波长为10-200nm; 短波紫外线(UV-C) 波长为200-290n; 中波紫外线(UV-B) 波长 为290-320nm; 长波紫外线(UV-A) 波长为320-400nm(我们公司UV胶固化用的是365nm波长的紫外 线); , 可见光(Visible Light) 波长为400-760nm . UV LED 光固化特性: 使用寿命长, 无热辐射, 环保无污染, 超强照度, 能耗低, 安装简单, 节约空间等特点 目前市场上主要有：UV-LED点光源固化机， UV-LED线光源固化机，UV-LED面光源固化机，便携式 UV-LED固化装置 UV LED光固化领域: 微电子行业: 手机元件装配(像机镜头, 听筒, 话筒,外壳, 液晶模组,触摸屏等), 硬盘磁头装配, DVD/数 码像机, 马达及元件装配, 半导体芯片, 传感器生产等等. PCB行业: 元件固定, 防潮灌封, 电路板保型涂层, 地线,飞线,线圈固定, 波峰焊通孔掩膜等. 医疗器械: 麻醉面罩, 注射器, 导液管, 静脉输液管, 血管植入配件, 内窥镜, 动脉定位等. 光学行业: 光学元件装配, 图像仪器装配等. 光通信行业: 无源器件(WDM, AWG, Splitter, Isolator, Coupler), 有源器件(同轴器件,激光准直器), 光纤 光缆等. 科研: 高分子化学, 医疗高分子材料, 光化学, 半导体等.
光无源器件: 光无源器件
不依靠外加电源（直流或交流）的存 在就能独立表现出其外特性的器件 主要包括: 主要包括 光耦合器 (Coupler) 光开关 光隔离器(Isolator) 光衰减器(IVOA) 光调制器 光分器(Splitter) 波分复用器(WDM AWG) 光波导器件(Fiber Array)
的亮度输出与温度成反比, 温度不仅影响亮度,而且影响它的寿命,使用中减少发热,一定要做必要的 散热处理 5 防静电特性 LED装配过程中必须加强防静电措施, 操作人员配带防静电腕带及设置良好的防静电接地系统可以 保护LED, 防止LED被静电方向击穿.
LD
LD(Laser Diode) 半导体激光二极管, 也是发光二极管, 和LED类似, 也有一个PN结,同样是利用外电源向PN结注入电子来发光. 半导体 激光器的结构通常由P层 N层和形成双异质结的有源层构成。体积 小，耦合效率高，响应速度快。LD，光线比较集中，、质量轻、寿 命长、结构简单而坚固. (如右图) 常用参数: 波长 阈值电流Ith 工作电流Iop 垂直发散角 水平发散角 监控电流 Im 种类: FP-LD (法布里-珀罗腔激光器) DFB-LD(分布式反馈激光器 ) VCESL-LD(垂直腔面发射激光器) DBR-LD(分布布拉格反射器激光器) FG-LD(光纤光栅激光器) 等等……
光电探测器PD 光电探测器
光电探测器PD (Photo Diode)PD就是光电二极管,它把光信号 转换为电信号,是广泛应用的光敏器件.光电二极管和普通二极 管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有 一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换 . 根据光电探测器的材料不同主要分为以下类型: Ge(锗)光电探测器 Si(硅)光电探测器 InGaAs(铟镓砷 )光电探测器 InAs(铟砷 )光电探测器 PbS(硫化铅)光电探测器 PbSe(硒化铅 )光电探测器 InSb(锑化铟 )光电探测器 HgCdTe(热电制冷 )光电探测器