光电元器件

图1-31发光二极管测量 光电元器件
1. 发光二极管的检测
① 正、负极的判别
将发光二极管放在一个光源下，观察两个金属片的大小，通常金属片大的一端为负极，金属片小的一端为正极。

② 发光二极管测量
发光二极管除测量正、反向电阻外，还应进一步检查其是否发光。

发光二极管的工作电压一般在1.6V 左右，工作电流在1mA 以上时才发光。

用R ×10K Ω挡测量正向电阻时，有些发光二极管能发光即可说明其正常。

对于工作电流较大的发光二极管亦可用图1-31所示电路进行检测。

① 性能好坏的判断
用万用表R×10K 档，测量发光二极管的正、反向电阻值。

正常时，正向电阻值（黑表笔接正极时）约为10～20K Ω，反向电阻值为250KΩ～∞（无穷大）。

较高灵敏度的发光二极管，在测量正向电阻值时，管内会发
微光。

若用万用表R×1K 档测量发光二极管的正、反向电阻
值，则会发现其正、反向电阻值均接近∞（无穷大），这是因
为发光二极管的正向压降大于1.6V （高于万用表R×1K 档内
电池的电压值1.5V ）的缘故。

用万用表的R×10K 档对一只220μF/25V 将充电后的电容器正极接发光二极管正极、电容器负极接发光二极管负极，若发光二极管有很亮的闪光，则说明该发光二极管完好。

也可用3V 直流电源，在电源的正极串接1只33Ω电阻后接发光二极管的正极，将电源的负极接发光二极管的负极（见图1-31），正常的发光二极管应发光。

或将1节1.5V 电池串接在万用表的黑表笔（将万用表置于R×10或R×100档，黑表笔接电池负极，等于与表内的1.5V 电池串联），将电池的正极接发光二极管的正极，红表笔接发光二极管的负极，正常的发光二极管应发光。

2. 红外发光二极管的检测
① 正、负极性的判别
红外发光二极管多采用透明树脂封装，管心下部有一个浅盘，管内电极宽大
图1-32 红外光敏二极管的检测 的为负极，而电极窄小的为正极。

也可从管身形状和引脚的长短来判断。

通常，靠近管身侧向小平面的电极为负极，另一端引脚为正极。

长引脚为正极，短引脚为负极。

② 性能好坏的测量
用万用表R×10K 档测量红外发光管有正、反向电阻。

正常时，正向电阻值约为15～40K Ω（此值越小越好）；反向电阻大于500K Ω（用R×10K 档测量，反向电阻大于200K Ω）。

若测得正、反向电阻值均
接近零，则说明该红外发光二极管内部已击穿损
坏。

若测得正、反向电阻值均为无穷大，则说明
该二极管已开路损坏。

若测得的反向电阻值远远
小于500K Ω，则说明该二极管已漏电损坏。

3. 红外光敏二极管的检测
将万用表置于R×1K 档，测量红外光敏二极管的正、反向电阻值。

正常时，正向电阻值（黑表笔所接引脚为正极）为3～10K Ω左右，反向电阻值为500K Ω以上。

若测得其正、反向电阻值均为0或均为无穷大，则说明该光敏二极管已击穿或开路损坏。

在测量红外光敏二极管反向电阻值的同时，用电视机遥控器对着被测红外光敏二极管的接收窗口（见图1-32）。

正常的红外光敏二极管，在按动遥控器上按键时，其反向电阻值会由500K Ω以上减小至50～100K Ω之间。

阻值下降越多，说明红外光敏二极管的灵敏度越高。

4. 其他光敏二极管的检测
① 电阻测量法
用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口，然后用万用表R×1K 档测量光敏二极管的正、反向电阻值。

正常时，正向电阻值在10～20K Ω之间，反向电阻值为∞（无穷大）。

若测得正、反向电阻值均很小或均为无穷大，则是该光敏二极管漏电或开路损坏。

再去掉黑纸或黑布，使光敏二极管的光信号接收窗口对准光源，然后观察其正、反向电阻值的变化。

正常时，正、反向电阻值均应变小，阻值变化越大，说明该光敏二极管的灵敏度越高。

② 电压测量法
将万用表置于1V 直流电压档，黑表笔接光敏二极管的负极，红表笔接光敏
二极管的正极、将光敏二极管的光信号接收窗口对准光源。

正常时应有0.2～
0.4V电压（其电压与光照强度成正比）。

③电流测量法
将万用表置于50μA或500μA电流档，红表笔接正极，黑表笔接负极，正常的光敏二极管在白炽灯光下，随着光照强度的增加，其电流从几微安增大至几百微安。

光电二极管性能的检测
光电二极管的反向电阻随着从窗口射入光线的强弱而发生显著变化。

在没有光照时，光电二极管的正、反向电阻测量以及极性判别与普通二极管一样。

光电二极管光电特性的测量方法：用万用表R×100KΩ挡或R×1KΩ挡测它的反向电阻时，用手电筒照射光电二极管顶端的窗口，万用表指示的电阻值应明显减小。

光线越强，光电二极管的反向电阻越小，甚至只有几百Ω。

关掉手电筒，电阻读数应立即恢复到原来的阻值。

这表明被测光电二极管是良好的。

5. 光敏电阻
图1-33为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号，在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。

图1-33 光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号
⑴光敏电阻原理
①CdS光敏电阻
CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻，它的光谱响应特性最接近人眼光谱光视效率，它在可见光波段范围内的灵敏度最高，因此，被广泛地应用于灯光的自动控制，照相机的自动测光等。

② PbS光敏电阻
PbS光敏电阻是近红外波段最灵敏的光电导器件。

PbS光敏电阻在2μm附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾的探测等领域。

③ InSb光敏电阻
InSb光敏电阻是3～5μm光谱范围内的主要探测器件之一。

InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜制造阵列红外探测器件。

⑵光敏电阻的检测
①用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。

此值越大说明光敏电阻性能越好。

若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。

②将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。

若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部电路损坏，也不能再继续使用。

③将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。

如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。

6. 硅光电池
光电池是一种不需加偏置电压就能把光能直接转换成电能的PN结光电器件，光电池的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜等。

按光电池的功用可将其分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池。

太阳能光电池主要用作向负载提供电源，可在空间直接将太阳能转换成电能，被广泛地应用于供电困难的场所和一些日用便携电器中。

测量光电池的主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号，常被应用在光度、色度、光学精密计量和测试设备中。

硅光电池的基本结构和工作原理:
按硅光电池衬底材料的不同可分为2DR型和2CR型。

如图1-34（a）所示为2DR型硅光电池，它是以P型硅为衬底(即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等)，然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光
面。

硅光电池的受光面的输出电极多做成如图1-34（b）所示为硅光电池的外形图，图中所示的梳齿状或“E”字型电极，其目的是减小硅光电池的内电阻。

图1-34硅光电池结构、外形和电路符号
7. 光电（敏）三极管
光电三极管与普通半导体三极管一样有两种基本结构，NPN结构与PNP结构。

用N型硅材料为衬底制作的NPN结构，称为3DU型；用P型硅材料为衬底制作的称为PNP结构，称为3CU型。

图1-35所示为3DU型光电三极管的工作原理及其符号。

图1-35(a)所示为其原理结构图；图1-35(b)所示为其电路符号。

由此可见光电三极管具有电流放大作用，灵敏度高于光电二极管。

光电三极管可有或无基极引出线。

图1-35 3DU型硅光电三极管的结构及电路符号
8. 激光二极管
激光二极管封装有两种形式：共阳极与共阴极型。

激光二极管的符号如图1-36(d)所示，从图中可知，激光二极管由两部分构成，一部分是激光发射部分LD；，另一部分为激光接收部分PD，用来监测激光器背向输出光功率。

LD和PD 两部分又有公共端点b，公共端一般同管子的金属外壳相连，所以激光二极管实际上只有三个脚a、b、c。

(a) 半导体激光器 (b)蓝紫激光二极管 (c) 红光激光二极管 (d)激光二极管符号
图 1-36 激光二极管封装
目前激光二极管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。

图1-36(b) 型号：HLD405150H7J
封装类型：TO-18（5.6mm），最大输出功率：150mW 连续不带透镜，工作电压：5V，波长：405nm。

图1-36(c) 型号：LD-635-05
封装形式：TO-18（5.6mm），最大输出功率：5mW，工作电压：2.7-4.8V，波长：635nm，工作电流：小于等于25mA。

⑴激光二极管的简单检测
检测和判断激光二极管可按如下三个步骤进行:
①区分LD和PD
用万表的R×1K挡分别测出激光二极管三个引脚两两之间的阻值，总有一次两脚间的阻值大约在几千欧姆左右，这时黑表笔所接的一端是PD阳极端，红表笔所接的引脚为公共端，剩下的一个引脚为LD阴极端，这样就区分出了PD部分（图中的bc部分）和LD部分（图中的ab部分）。

②检测PD部分。

激光二极管的PD部分实质上是一个光敏二极管，用万用表检测方法如下：用R×1K挡测其阻值，若正向电阻为几千欧姆，反向电阻为无穷大，初步表明PD部分是好的；若正向电阻为0或为无穷大，则表明PD部分已坏。

若反向电阻不是无穷大，而有几百千欧或上千千欧的电阻，说明PD部分已反向漏电，管子质量变差。

③检测LD部分。

用万用表的R×1K 挡测LD 部分的正向阻值，即黑表笔接公共端b ，红表笔接a 脚，正向阻值应在10K Ω～30K Ω之间，反向阻值应为无穷大。

若测得的正向阻值大于55K Ω，反向阻值在100K Ω以下，表明LD 部分已严重老化，使用效果会变差。

⑵ 判定管脚的排列顺序
将万用表置于R ×1K 挡，按照检测普通二极管正、反电阻的方法，即可将激光二极管的管脚排列顺序确定。

但检测时要注意，由于激光二极管的正向压降比普通二极管要大，所以当检测正向电阻时，万用表指针仅略微向右偏转而已，而反向电阻则为无穷大。

⑶ 激光二极管好坏的检测
一般在激光二极管供电回路中设置了一只负载电阻。

检测时，可用万用表直流电压挡测量一下此负载电阻上的电压降，然后用欧姆定律R U
I 来估算激光二
极管中流过的电流，再据此电流的大小，判断激光二极管的工作状态。

一般当电流大于100mA ，且调节电路中相应的电位器，电流无任何变化时，即可断定激光二极管已经损坏。

因为目前小功率激光二极管的额定工作电流均在100mA 以下，只有在谐振腔发生损坏性故障时，才会出现电流剧增且不可控制的现象。

顺便一提的是，波长为780nm 的激光二极管在工作时，从侧面观看出光窗口时呈暗红色，从侧面看透镜时略见辉光。

这些均可作为判断激光二极管是否正常工作的基本特征
9．八段LCD 液晶显示器
（1）EDS812A 液晶显示器尺寸
图1-37 EDS812A 液晶显示器尺寸
（2）EDS812A液晶显示器引脚
表1-10 EDS812A液晶显示器引脚引脚表
10．光电耦合器件
⑴光电耦合器件的结构与电路符号
光电耦合器件的结构与电路符号如图1-38所示，图中的发光二极管泛指一切发光器件，图中的光电二极管也泛指一切光电接收器件。

图1-38 几种不同封装的光电耦合器的封装外形图
图1-38所示为几种不同封装的光电耦合器，图中（a）、（b）、（c）分别为三种不同安装方式光电发射器件与光电接收器件分别安装器件的两臂上，分离尺寸一般在4～12mm，分开的目的是要检测两臂间是否存在物体，以及物体的运动速度等参数。

这中封装的器件常被称为光电开关。

图中（d）反光型光电耦合器，LED和光电二极管封装在一个壳体内，两者发射光轴同接收光轴夹一锐角，LED 发出的光被测物体反射，并被光电二极管接收，构成反光型光电耦合器。

图中（e）为另一种反光型光电耦合器，LED和光电二极管平行封装在一个壳体内，LED发出的光可以在较远的位置上放置的器件反射到光电二极管的光敏面上。

显然，这种反光型光电耦合器要比成锐角的耦合器作用距离远。

图中（f）DIP封装形式的光电耦合器件。

这种封装形式的器件有多种，可将几组光电耦合器封装在一片DIP中，用作多路信号隔离传输。

⑵光电耦合器件的检测
如图1-38(g)所示，光电耦合器件的检测分别按发光二极管和光电二极管的方法检测。