光電半導體的體系
我們將使用半導體，將電氣信號變換為光信號或反過(guò)來(lái)將光信號變換為電氣信號的器件叫做光電半導體。光電半導體有各種種類(lèi)。按照功能、動(dòng)作原理、結構、用途分類(lèi)，主要的光電半導體可以分為以下幾類(lèi)。
光電半導體的體系
發(fā)光二極管（LED）的動(dòng)作原理
LED是放射光的二極管，流通電流的話(huà)，將發(fā)射可見(jiàn)光或紅外線(xiàn)光。
L：Lingt
E:Emitting
D:Diode
動(dòng)作原理：
LED是具有PN接合面的半導體。外加正向電壓的話(huà)，電子將從N型區域，空穴將從P型區域向PN接合部分移動(dòng)后再結合，電子帶來(lái)的能量就轉換為光。也就是說(shuō)，自由電子和空穴進(jìn)入結合狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的能量變成光后放射出來(lái)。
光的顏色（光的波長(cháng)）由半導體的種類(lèi)和添加物決定，各種化合物半導體的用法如下。
主要LED用半導體的種類(lèi)
發(fā)光二極管的結構
發(fā)光二極管的動(dòng)作原理
發(fā)光二極管的圖形記號
可見(jiàn)光LED的種類(lèi)和使用方法
可見(jiàn)光LED屬于訴諸于視覺(jué)的器件，因此針對顏色、形狀、結構有各種種類(lèi)
★L(fēng)ED燈
指用透明樹(shù)脂等封住GaP及GaAsP、GaP∣As等構成的LED芯片器件。發(fā)光的部分主要呈圓屋頂形狀，可以根據用途轉變?yōu)槿切?、四角形、凸形等。如果是高亮度LED的話(huà)，則可以獲得5cd（燭光）以上的光量。
用 途
汽車(chē)用停止燈、鐵路用信號機、道路信息板等
LED燈的外觀(guān)
★SMD LED燈的外觀(guān)
SMD LED是一種和一般的圓形LED燈相比，以小型薄型為特征的表面安裝用器件。由于近年來(lái)電子設備小型化，需要急速增加。
用 途
手機、移動(dòng)設備
SMD LED燈的外觀(guān)
★白色LED
為了用LED作全色顯示，必須采用發(fā)出3原色（紅色、綠色、藍色）光的LED。白色LED就是將各種發(fā)光芯片內置在1個(gè)封裝內的器件。此外，還有在藍色LED里內置補色熒光體，用藍色以及藍色能量激起的補色來(lái)發(fā)出白色光的器件。
用 途
全色液晶面板用背景光、低耗電燈
白色LED的原理
★L(fēng)ED顯示器
指將LED芯片固定在印刷基板及金屬引線(xiàn)上，用成形的樹(shù)脂外殼封住數字及文字的器件。7段數字顯示顯器為代表器件。
用 途
．TV、TVR
．音響
．家用電器
．OA設備
LED顯示器的外觀(guān)
★顯示用LED
除了高亮度化、多色化以外，還可以發(fā)揮所謂高可靠性、低耗電、高速應答性等LED特征，實(shí)現多色顯示。安裝多色顯示。安裝驅動(dòng)LSI的點(diǎn)陳式顯示為代表性器件。
用 途
．車(chē)站的目的地顯示板
．各種信息顯示板
．商場(chǎng)、棒球場(chǎng)、賽馬場(chǎng)的室外大畫(huà)面顯示器
顯示用LED的外觀(guān)
激光半導體的動(dòng)作和使用方法
激光半 體也被稱(chēng)為“激光二極管”（Leser Diode）.激光是一種通過(guò)誘導放出來(lái)將光放大的器件。而發(fā)出人眼可以識別的波長(cháng)的叫做VLD(Visible Laser Diode).
動(dòng)作原理
激光半導體（LD與LED不同，不是由注入的少數載子簡(jiǎn)單地重新結合起來(lái)，而是由于光的刺激而再結合起來(lái)，發(fā)出相位一致的光來(lái)）。 而且，芯片的一對端面呈鏡面狀，由激光共振器構成。光在該共振器內往返的過(guò)程中放大后，取出到芯片外部。
特征
因為L(cháng)D的主體是被稱(chēng)為誘導放出的發(fā)光過(guò)程，因此可以得到波長(cháng)及相位整齊集中在一起（相干性）的光。為此，指向性及能量集中性相當優(yōu)良。
激光半導體的外觀(guān)
激光半導體的動(dòng)作原理
結晶的種類(lèi)的振蕩波長(cháng)
使用的結晶材料不同，激光的振蕩波長(cháng)也不一樣。大致可分為如左圖所示幾大類(lèi)。而且，可以由1個(gè)器件發(fā)出2種不同波長(cháng)振蕩的二波長(cháng)激光半導體也已經(jīng)大量生產(chǎn)。
主要的應用領(lǐng)域
InGaAIP激光：光盤(pán)（DVD）、條形碼讀取頭
GaAIAS激光：光盤(pán)（CD/MD）、激光束打印機
InGaAsP激光：光通信
InGaN激光：光盤(pán)（HD-DVD、藍光光碟）
結晶的種類(lèi)的振蕩波長(cháng)
激光半導體的封裝結構
受光器件的種類(lèi)和使用方法
半導體的基本機構之一PN接合部對光是非常敏感的。受光器件就是利用了這個(gè)特點(diǎn)，將光信號變換為電氣信號（電流或電壓）
★光電二極管
一旦光射入PN接合二極管，結合在晶格內的電子被解放，成為自由電子，會(huì )產(chǎn)生一對自由電子及空穴。反向電壓引發(fā)的空乏層內，或者其附近由于光的照射而產(chǎn)生的自由電子和空穴對將會(huì )會(huì )離，成為強度與光的強弱成比例的反向電流。這就叫光電流?？辗右酝獾膮^域產(chǎn)生的自由電子和空穴對會(huì )再次接合成為熱，并消失。
用途
光傳感器
搖控器（紅外光受光）
檢測出光的斷開(kāi)
光電二極管的動(dòng)作原理
光電二極管的圖形記號
★太陽(yáng)電池
利用光電二極管，將光能量變換為電氣能量的器件即為太陽(yáng)電池。 如果加了正向電壓其電壓仍然較低的話(huà)，由于電位勢壘存在空乏層，因此光照射而產(chǎn)生的自由電子和空穴對會(huì )分離，在正向電壓狀態(tài)下會(huì )流出輸出電流。在要求較高變換效率的用途中，使用單結晶硅或化合物半導體的GaAs等，在即使變換效率某種程度上較低，但要求大面積、低價(jià)格的用途中，使用非晶質(zhì)硅等。
用途
鐘、電子計算器
太陽(yáng)光發(fā)電系統
★光電晶體管
可以視為光電二極管中安裝放大器的晶體管。 形成基極、集電極的PN接合是一種感光的二極管。通過(guò)光，在這個(gè)接合面產(chǎn)生的光電流將向發(fā)射極流動(dòng)。通過(guò)晶體管的放大作用，這種發(fā)射極電流將放大到最初光電流的幾百倍。
用途
光電傳感器
光電開(kāi)關(guān)
受光晶體管的外觀(guān)
光電晶體管的動(dòng)作原理
光電晶體管的圖形記號
CCD圖像傳感器的動(dòng)作和使用方法
這是將矩陣狀分配的多個(gè)光電二極管和CCD集成到一起的光電傳感器。CCD是一種將光電二極管內產(chǎn)生的面系列電荷依次轉送并轉換成時(shí)間系列的器件。(C：Charge C:Couple D:Device)
CCD的結構和動(dòng)作原理
CCD具有形成于基板表面的N型不純物層的上面像鏈條一樣并排多個(gè)MOS型電極的結構。轉發(fā)電極是重合2層或3層多晶硅的結構，盡可能縮小電極和電極的間隔形成。沿著(zhù)排放的轉發(fā)電極，施加以時(shí)鐘脈沖的話(huà)，存在于電極之下的電荷將按順序向旁邊的電極之下移動(dòng)。
CCD的結構
CCD圖像傳感器
在P型不純物層的上部形成光電二極管、CCD、信號檢測電路。光電二極管將光變換為電子（電荷），CCD將該電荷發(fā)送到信號檢測電，電荷變換為電壓信號。我們將光電二極管一維排列的傳感器叫作線(xiàn)性傳感器，將二維排列的傳感器叫作面陣圖像傳感器。
CCD圖像傳感器（線(xiàn)性）的外觀(guān)
特征
高感應度
高解析度
低噪音
用途
圖像掃描儀
多功能打印機
復印機
CMOS圖像傳感器的動(dòng)作和使用方法
這是將矩陣狀分配的多個(gè)光電二極管和MOS模擬開(kāi)關(guān)集成到一起的光電傳感器。矩陣狀配置的MOS模擬開(kāi)關(guān)是將光電二極管中產(chǎn)生的面系列電荷轉換成時(shí)間系列的器件。
CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器由半導體基板上的光電二極管和每個(gè)光電二極管形成的讀取晶體管電路以及指定地址的掃描電路構成。讀取在掃描電路上指定的光電二極管的電荷，然后在晶體管中依次作為輸出信號讀取。CCD圖像傳感器按照順序轉發(fā)電荷，輸出圖像信息，碉CMOS圖像傳感器將縱向和橫向的晶體管動(dòng)作組合后輸出圖像信息。
特征
低耗電
單一電源驅動(dòng)
系統集成電路化簡(jiǎn)單
用途
插秧機、便攜式信息終端機、數碼相機、PC相機、圖像辨識（指紋檢測、二維條形碼等）
CMOS圖像傳感器（面陳型）的外觀(guān)
CMOS圖像傳感器的結構
CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的動(dòng)作比較
光耦的動(dòng)作和使用方法
這是一種將發(fā)光器件和受光器件進(jìn)行光學(xué)性結合（耦合），安裝在1個(gè)封裝內的光復合器件?？梢栽陔娐泛碗娐分g電氣性絕緣的情況下傳達信號。
內部結構
安裝在個(gè)別框架內的發(fā)光器件（一般情況下為紅外線(xiàn)LED）和受光器件在光結合的狀態(tài)下放置，并且彩絕緣性的樹(shù)脂塑膜定型。
光耦的內部結構
動(dòng)作原理
通過(guò)電氣輸入信號從發(fā)光器件（LED）放射出來(lái)的光通過(guò)受光器件再次變換為電氣信號輸出。輸入信號和輸出信號都是電氣信號，但器件內部是通過(guò)光來(lái)執行信號傳輸的。因此，該器件的特征就是輸入側和輸出側電氣性處于數千V的絕緣分離狀態(tài)。
光耦的動(dòng)作原理
種 類(lèi)
根據應用電路，存在具有各種受光器件的光耦
晶體管輸出
達林頓晶體管輸出
晶閘管輸出
三端雙向可控硅輸出
IC（邏輯）輸出.
光耦的外觀(guān)
光耦的種類(lèi)
用 途
電子設備中，微控制器等直流電壓系統、交流電壓系統、電話(huà)線(xiàn)等不同的電源系統安裝在相同的裝置內，相互傳達信號。
將這些不同的電源系統直接結合的話(huà)，可能會(huì )引起動(dòng)作上或安全上各種故障，而如果使用光耦的話(huà)，可以在各電源系統之間絕緣的狀態(tài)下傳達信號。
家電產(chǎn)品、AV機器
電源、充電器
電話(huà)、計算機
光繼電器的動(dòng)作和使用方法
和光耦結構類(lèi)似，而特別把用源極共通連接起來(lái)的2個(gè)MOSFET構成輸出段的器件叫作光繼電器。
光繼電器的外觀(guān)
動(dòng)作原理
將受光器件的光電二極管作為太陽(yáng)電池使用。紅外線(xiàn)LED發(fā)射光的話(huà)，受光器件（太陽(yáng)電池）就會(huì )產(chǎn)生光起電力。這個(gè)電力通過(guò)控制電路令MOSFET的柵極電壓上升，就能讓MOSFET進(jìn)入ON狀態(tài)?？刂齐娐纺芸s短MOSFET的關(guān)閉時(shí)間，將OFF期間的柵極電壓保持為0，防止MOSFET誤啟動(dòng)。
光繼電器的動(dòng)作原理
特 征
作為對機器進(jìn)行ON/OFF控制的器件，有機械式繼電器（機械式接點(diǎn)）。光繼電器和信號用機械式繼電器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
動(dòng)作速度較快
無(wú)機械性磨損，壽命長(cháng)
可以實(shí)現小型、薄型化
用 途
電話(huà)、交換機、調制解調器
測定器、測試器
光斷路器的動(dòng)作和使用方法
指以將發(fā)光器件和受光器件在套筒內一體化，通過(guò)光的遮光或反射以檢測出物體為目的的器件。
光斷路器的外觀(guān)
★透過(guò)型光斷路器
動(dòng)作原理
保持某一間隔，使發(fā)光二極管和受光器件相對，通過(guò)受光側的光量變化，以非接觸的方法測出通過(guò)該間隔的物體。
透過(guò)型光斷路器的結構
★反射型光斷路器
動(dòng)作原理
將發(fā)光二極管和受光器件配置在一個(gè)方向，通過(guò)物體將發(fā)光二極管的光反射，用受光器件進(jìn)行檢測。也叫做反射型光傳感器。
反射型光斷路器的結構
用 途
OA機器（打印機、復印機）
AV機器（VTR、唱機）
家電產(chǎn)品（電子微波爐、換氣加熱器）
光通訊用器件（OCD）和種類(lèi)和使用方法
將發(fā)光側（LED或激光二極管）的信號用光纖傳送到受光側（光電二極管）的光通信系統中所使用的就是光通訊用器件（OCD：Optical Communication Device）。
光通訊的原理
1） 輸入電氣信號通過(guò)發(fā)光器件變換為光信號。
2） 光信號通過(guò)光纖傳輸到受光器件。
3） 光信號經(jīng)由受光器件轉換為電氣信號后輸出。
光通訊的原理
光通訊的特征
和使用電線(xiàn)，保持電氣信號的狀態(tài)傳輸信號時(shí)，或通過(guò)電波傳輸時(shí)相比，具有以下特征。
光纖不受到電磁噪音的影響
不從光纖放射電磁噪音（信號不泄漏）
可以傳輸大容量信號
光通訊系統的種類(lèi)和使用器件
光通訊系統大致可以分為以下幾類(lèi)。
光通訊用器件的外觀(guān)（短*中距離用）
光通訊用器件的外觀(guān)（中*長(cháng)距離用）
聯(lián)系客服
