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紅外發光二極管(LED) 不像其他 LED 那樣用于照亮屏幕和監控;相反,它通常用于非視覺應用和夜間照明。紅外LED的應用取決于其納米(nm)或波長,常見的使用范圍為808nm至940nm。紅外線 LED 器件在日常生活中廣泛應用于電視遙控器和自動讀卡器中。紅外LED的用途可分為直射式和反射式兩種,紅外LED與接收二極管相互作用的方式決定了LED的用途。
光電二極管由半導體材料制成。最流行的選擇是硅 (Si) 或砷化鎵 (GaAs),其他包括銻化銦 (InSb)、砷化銦 (InAs)、硒化鉛 (PbSe) 和硫化鉛 (PbS)。這些材料吸收特定波長范圍內的光,例如:硅為 250 nm 至 1100 nm,GaAs 為 800 nm 至 2.0 μm。當光的光子被吸收時,它會激發一個電子并產生一對電荷載流子——一個電子和一個空穴,其中空穴只是半導體晶格中不存在電子的情況。當電荷載流子分離并沿相反方向移動時,電流通過半導體。光電二極管的技巧是在光子感應的電荷載流子有機會重新組合之前,在電極處以電流或電壓的形式收集它們。
光電二極管是用于將光轉換為電能的半導體。也稱為光電探測器、光傳感器或光探測器,它們由于其特定的設計和結構而能夠執行此功能。光電二極管最基本、最重要的部分之一是 pn 結。這是兩層半導體材料之間的空間,p 型層具有大量空穴,而 n 型層充滿電子。盡管光電二極管有多種類型,但這是器件設計的一致元素,通常稱為耗盡層。當設備沒有檢測到光時,設備內產生的電流非常少(通常接近于零)。這被稱為光電二極管的“暗電流”,并且會隨著設備靈敏度的增加而減少。當設備檢測到光能(通常高于稱為帶隙的特定設定水平)時,會產生新的空穴和電子,從而在 pn 結中產生電流。
光電二極管是許多基于光的測量中最流行的傳感器類型之一。吸收光譜和發射光譜、顏色測量、濁度、氣體檢測等應用都依賴光電二極管進行精密光測量。光電二極管產生與照射其活動區域的光成比例的電流。大多數測量應用涉及使用跨阻放大器將光電二極管電流轉換為輸出電壓。圖 1 顯示了該電路的簡化原理圖。
光電探測器光譜響應的一些典型限制因素是:許多類型的探測器,例如所有光電發射探測器和所有包含 ap-n 結的半導體探測器,僅適用于高于一定水平的光子能量。該條件轉化為某個最大光波長。熱探測器不會出現這種限制,因此可以表現出非常寬廣且平滑的光譜響應。
傳感器(IR 傳感器)是一種對輻射敏感的光電元件,其光譜靈敏度在紅外波長范圍 780 nm … 50 μm 內。紅外傳感器現在廣泛用于運動探測器,在建筑服務中用于打開燈或在警報系統中用于檢測不受歡迎的客人。在規定的角度范圍內,傳感器元件檢測由于人的移動而隨時間和空間變化的熱輻射(紅外輻射)。這種紅外傳感器只需滿足相對較低的要求,并且是低成本批量生產的產品。InfraTec 不供應此類產品,InfraTec 開發、生產和銷售熱釋電探測器。
將 PN 結器件放置在玻璃材料中,使光能可以通過,就構成了光電二極管,如下圖所示。除PN結外,玻璃材料的其他部分都涂成黑色或金屬化,因為光只照射到PN結。電路中的電流以mA 為單位,可以通過電流表測量。光電二極管在現實生活中具有許多應用,因為它們對光照射表現出線性響應。一些突出的應用是:產生的電流與照度成正比。因此它們可以用作光電探測器來檢測電信號。檢測電路。例如,檢測建筑物中的火災和煙霧。用于太陽能電池板,將光轉換為電能。在我們的房子里,光盤播放器、電視和遙控器也有內置的光電探測器。
紅外技術不僅應用于日常生活,也應用于工業中,具有不同的用途。例如,電視使用紅外傳感器來理解從遙控器發送的信號。紅外傳感器的主要優點是功耗低、設計簡單且功能方便。人眼無法察覺紅外信號。電磁波譜中的紅外輻射存在于可見光和微波區域。通常,這些波的波長范圍為 0.7 μm 5 至 1000 μm。紅外光譜可分為近紅外、中紅外和遠紅外三個區域。近紅外區的波長范圍為0.75 – 3μm,中紅外區的波長范圍為3至6μm,遠紅外區的紅外輻射波長高于6μm。
紅外探測器是帶有光電管的小型微芯片,可調諧以偵聽紅外光。它們幾乎總是用于遠程控制檢測 - 每臺電視和 DVD 播放器的前面都有一個用于監聽來自答題器的紅外信號。遙控器內部有一個匹配的紅外 LED,它會發出紅外脈沖來告訴電視打開、關閉或更改頻道。人眼看不到紅外光,這意味著測試設置需要更多的工作。與CdS 光電池之間有一些區別:紅外探測器專門過濾了紅外光,它們不擅長檢測可見光。另一方面,光電管擅長檢測黃/綠可見光,不擅長檢測紅外光。
紅外發光二極管 (IR LED) 是一種固態發光 (SSL) 器件,可產生紅外波段或電磁輻射光譜范圍內的光。紅外 LED 可以經濟高效地產生紅外光,即 700 nm 至 1mm 范圍內的電磁輻射。各種IR LED可以產生不同波長的紅外光,就像不同的LED產生不同顏色的光一樣。IR LED 在許多類型的電子產品中也很有用,例如電視遙控器和許多其他電子產品。它們甚至用于相機;這些紅外攝像機像聚光燈一樣使用紅外 LED,同時肉眼看不見。對 IR LED 的需求源于其多功能性。例如,IR LED 與多種不同類型的傳感器結合使用,通常用于機器對機器環境和發射物聯網 (IoT) 應用。
光檢測器是電流電壓轉換器。FET 輸入運算放大器可防止光電二極管加載,并且輸出端的電壓與光電二極管中的電流成正比。只要光電二極管對光的響應是線性的,輸出電壓就與落在光電二極管上的光成正比。光電二極管由一個在反向偏壓下工作的有源pn 結組成。當光照射到結處時,會流過與照度成正比的反向電流。對光的線性響應使其成為某些應用中有用的光電探測器的元件。
?當暴露在光下時,光電二極管會產生與光強度成正比的電流。這種光產生的電流與普通二極管或 LED 中的電流方向相反。隨著更多光子撞擊光電二極管,電流增加,導致二極管兩端產生電壓。隨著二極管兩端電壓的增加,線性度降低。 除了發光之外,LED 還可用作光電二極管光傳感器/檢測器。此功能可用于多種應用,包括環境光水平傳感器和雙向通信。作為光電二極管,LED 對等于或短于其發射的主波長的波長敏感。綠色 LED 對藍光和某些綠光敏感,但對黃光或紅光不敏感。
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