第8章 光电器件8.1 光电元件8.2 光电耦合器 8.3 LED数码管 8.1 光电元件 发光二极管Light Emitting Diode，简称LED，是一种能将电能转换为光能的半导体器件，由磷化镓、砷化镓、磷砷化镓、砷磷化镓等半导体材料制成 发光二极管在电路中用文字符号VD表示，其图形符号如图8-1所示1发光二极管的分类发光二极管的种类很多，分类方法各有不同1按材料分按材料的不同，LED可分为砷化镓LED、磷砷化镓LED、磷化镓发LED、砷铝化镓LED等下一页返回8.1 光电元件2按发光二极管的发光颜色分按发光二极管的发光颜色可分为红色、绿色、黄色、橙色等可见光发光二极管以及不可见的红外发光二极管3按发光效果分按发光效果可分为固定颜色LED和变色LED两类，其中变色LED包括双色和三色等4按发光二极管的封装外形分按发光二极管的封装外形可分为圆柱形、矩形、方形、三角形、组合形发光二极管其中圆形发光二极管的外径有220mm等多种规格，常用的有3mm、5mm等上一页 下一页返回8.1 光电元件5按封装形式分按封装形式有可分为有色透明封装C、无色透明封装T、有色散射封装D和无色散射封装W。
6按封装材料分按封装材料的不同可分为塑料封装、陶瓷封装、金属封装、树脂封装和无引线封装常见发光二极管的外形如图8-2所示2发光二极管的主要参数发光二极管的主要参数有最大工作电流IFM和最高反向电压URM上一页 下一页返回8.1 光电元件1最大工作电流IFMIFM是指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流使用中不能超过此值，否那么将会烧毁发光二极管2最高反向电压URMURM是指发光二极管在不被击穿的前提下，所能承受的最大反向电压使用中不应使发光二极管承受超过此参数值，否那么发光二极管将可能被击穿发光二极管的参数还具有光参数，如半峰宽度、峰值波长、发光强度等，其中发光强度表示发光二极管的发光亮度，由峰值波长可知发光二极管的发光颜色，如峰值波长为70nm时，发光二极管就发出红色光上一页 下一页返回8.1 光电元件3发光二极管的检测用万用表检测发光二极管时，必须使用“R10k挡因为发光二极管的管压降为2V左右，而万用表“R1k及其以下各电阻挡表内电池仅为1.5V，低于管压降，无论正、反向接入，发光二极管都不可能导通，也就无法检测用“R10k挡时表内接有15V有些万用表为9V电池，高于管压降，所以可以用来检测发光二极管。
1发光二极管正、负极的判别通常，发光二极管两管脚中，较长的是正极，较短的是负极对于透明或半透明塑料封装的发光二极管，可以用肉眼观察到它的内部电极的形状，内电极较小的为正极，内电极较大的为负极如图8-3所示上一页 下一页返回8.1 光电元件用万用表检测发光二极管的正反向电阻，其中电阻值小的那一次为正向电阻，黑表笔所接引脚为发光二极管的正极，红表笔所接引脚为发光二极管的负极2用万用表检测发光二极管的性能检测时，将万用表的黑表笔表内电池正极接LED正极，红表笔表内电池负极接LED负极，这时发光二极管为正向驱动，表针应偏转过半，同时LED中有一个发光亮点再将两表笔对调后与发光二极管相连接，这时发光二极管为方向驱动，指针应不动，LED无发光亮点假如无论正向驱动还是方向驱动，表针都偏转到头或都不动，那么说明该发光二极管已损坏上一页 下一页返回8.1 光电元件4发光二极管的正确选用 普通发光二极管的工作电压一般都为22.5V，电路只要满足工作电压的要求，不管是直流还是交流都可以可根据要求选择发光二极管的发光颜色；根据安装位置，选择发光二极管的形状和尺寸 使用发光二极管时应注意不要超过其最大功耗、最大正向电流和反向击穿电压等，并注意以下几个问题：1假设用电压源驱动，那么应在电路中串接限流电阻，以限制流过管子的正向电流，防止LED因电流过大而损坏。
2交流驱动时，为防止LED被反向击穿，可在其两端并联反极性整流二极管保护3在焊接发光二极管时，烙铁的温度不应过高或焊接时间不宜过长，以免损坏发光二极管上一页 下一页返回8.1 光电元件光电二极管又叫光敏二极管，是一种可以将光能转换成电能的半导体器件其外形和电路图形符号如图8-4所示与普通二极管相似，光电二极管也是具有一个PN结的半导体器件，所不同的是光电二极管管壳上有一个透明的窗口，以便使光线可以照射到PN结上，将光线强度的变化转换称为电流的变化常见的有透明塑封光电二极管、金属壳封装光电二极管、树脂封装光电二极管等光电二极管有许多种类、常用的有PN结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型等用得最多的是硅材料PN结型光电二极管上一页 下一页返回8.1 光电元件1光电二极管的工作原理光电二极管的作用是进展光电转换，其通常工作在反向电压状态，如图8-5所示光电二极管是利用PN结在施加反向电压时，在光线照射下反向电阻发生变化的原理来工作的，当没有光照射时反向电阻很大，反向电流很小；当有光照射时，反向电阻减小，反向电流增大光电二极管在反向电压下受到光照而产生的电流称为光电流，光电流受入射照度的控制照度一定时，光电二极管可等效成恒流源。
照度越大，光电流越大，在光电流大于几十微安时，与照度呈线性关系，那么当电阻R一定时，光照越强，电流越大，R上获得的功率越大，从而实现了光电转换上一页 下一页返回8.1 光电元件2光电二极管的参数光电二极管的参数较多，在使用时一般只需关注最高工作电压、光电流、光电灵敏度等主要参数即可1最高工作电压URM最高工作电压URM是指在无光照、反向电流不超过规定值的前提下，光电二极管所允许加的最高反向电压使用中，不能超过此参数值2光电流IL光电流IL是指在受到一定光照时，工作在反向电压下的光电二极管中说流过的电流，约为几十微安一般情况下，选用光电流较大的光电二极管效果较好3光电灵敏度Sn光电灵敏度Sn是指在光照下，光电二极管的光电流IL与人射光功率之比，单位为A/W光电灵敏度Sn越高越好上一页 下一页返回8.1 光电元件3光电二极管的检测1光电二极管的正、负极判别光电二极管两管脚有正、负极之分，通常，靠近管键或色点的是正极，另一脚是负极；较长的是正极，较短的是负极如图8-6所示2用万用表检测光电二极管的好坏将万用表置“RlK挡，黑表笔表内电池正极接光电二极管正极，红表笔接负极，测其正向电阻，应为1020k；对调两表笔，即红表笔接光电二极管正极，黑表笔接负极，然后用一遮光物例如黑纸片等将光电二极管的透明窗口遮住，这时测得的是无光照情况下的反向电阻，应为无穷大； 上一页 下一页返回8.1 光电元件移去遮光物，使光电二极管的透明窗口朝向光源自然光、白炽灯或手电筒等)，这时表针应向右偏转至几k处，这说明被测管是好的。
假如在无光照和有光照时测得的反向电阻均为0或无穷大，那么说明此 光电二极管是坏的，不能使用4光电二极管的正确选用光电二极管的种类很多，而且参数相差较大，选用时要根据电路的要求首先确定选用什么类别的，再确定选用什么型号的，最后再从同型号中选用参数满足电路要求的光电二极管上一页 下一页返回8.1 光电元件光电三极管的作用也是实现光电转换但是，光电二极管的光电转换的灵敏度低，而光电三极管本质是在光电二极管的根底上加了一级放大，其光电转换的灵敏度大大进步1光电三极管的外形光电三极管为NPN构造，基极即为光窗口大多数光电三极管只有发射极E和集电极C两个管脚也有部分光电二极管基极B有引出管脚，作为温度补偿，不用时可将其减去光电三极管的外形和电路图形符号如图8-7所示上一页 下一页返回8.1 光电元件2光电三极管的工作原理光电三极管可以等效为光电二极管和一般三极管的组合元件如图8-8所示图中ICBO随入射光的变化而变化，约为几十微安，而由于三极管的电流放大作用，集电极电流ICEO可达基极电流的几十倍因此，光电三极管具有较高的光电转换的灵敏度3光电三极管的检测1从外观上检查判别光电三极管的引脚靠近管键或色点的是发射极E，离管键或色点较远的是集电极C，较长的管脚是发射极E，较短的管脚是集电极C。
如图8-9所示上一页 下一页返回8.1 光电元件2用万用表检测光电三极管的好坏将万用表置于“R1k挡，用黑表笔接光电二极管的集电极C，红表笔结光电三极管的发射极E用遮光物遮住光电三极管的光窗口，由于没有光照，光电三极管中没有电流，其电阻值应接近无穷大；移去遮光物，将光电三极管的光窗口朝向光源，这时万用表的指针应向右偏转至几k或1k左右，指针的偏转大小表征光电三极管的灵敏度上一页返回8.2 光电耦合器 光电耦合器是实现光电耦合的根本器件，它将发光器件(如红外发光二极管)与受光器件如光电二极管、光电三极管共同封装在一起 光耦合器外形有两种，其中国产的GD14型等，管脚为双向同轴的塑封构造；国产GH301和进口产品4N25型等为双列直插式构造，并有四脚和六脚两种，如图8-10所示光电耦合器的种类很多，在不同的场合可根据需要采用不同种类的光耦合器常见光电耦合器的类型和电路图形符号如图8-11所示下一页返回8.2 光电耦合器1输入参数 输入参数是指输入端发光器件的主要参数，包括光强度以及最大工作电流等2输出参数 输出参数是指输出端受光器件的主要参数，如用光电二极管或光电三极管时，那么参数有光电流和暗电流、饱和压降、最高工作电压、响应时间以及光电灵敏度等。
3传输参数1极间耐压极间耐压指光电耦合器的输入端与输出端之间的绝缘耐压值当发光器件与受光器件的间隔 较大时，其极间耐压值就高，反之就低上一页 下一页返回8.2 光电耦合器2极间电容极间电容指光电耦合器的输入端与输出端之间的分布电容，一般为几皮法3隔离阻抗隔离阻抗指光电耦合器的输入端与输出端之间的绝缘电阻值，其值可达1012以上4电流传输比电流传输比是指当输出端工作电压为一个定值时，输出端电流与输入端发光二极管的正向工作电流之比电流传输比表示光电耦合器传输信号才能上一页 下一页返回8.2 光电耦合器 光电耦合器也可用万用表检测，输入部分和检测发光二极管一样，输出部分与受光器件类型有关，对于输出为光电二极管、三极管的，那么可按光电二极管、光电三极管的检测方测量下面以通用型光电耦合器为例，介绍光电耦合器的检测方法1静态检测 由于光电耦合器的发射管(输入端)和接收管(输出端)是互相隔离的，因此可以用万用表单独检测这两部分上一页 下一页返回8.2 光电耦合器 将万用表置于R1k或R100挡，测发光二极管的正、反向电阻值正常情况下，正向电阻值为几百，反向电阻值为几k至几十k要注意不能用万用表的R10k挡，由于光电耦合器内部的发光二极管的工作电压一般为1.52.3V，而万用表的R10k挡内有9V以上积层电池，会导致发光二极管击穿。
测量接收管的集电结和发射结电阻无论正测、反测其阻值都应为无穷大，否那么接收管已损坏上一页 下一页返回8.2 光电耦合器2动态检测给光电耦合器的输入端加一电压，使发光二极管发光，同时检测输出端光电三极管有无产生电流，以此来检测该光电耦合器的好坏检测时可用两块万用表，将一块万用表置R1挡，黑表笔接发射二极管的正极，红表笔接发射二极管的负极，为发射二极管提供驱动电流，使二极管发光将另一块万用表置R100挡，黑表笔接光电三极管的集电极，红表笔接发射极，当发光二极管发光时，光电晶体管集电极、发射极间的阻值，应由无穷大变为大约几十 上一页 下一页返回8.2 光电耦合器保持这种连接，将与发光二极管连接的万用表置R100挡，降低驱动电流，发光二极管发的光减弱，此光阴电三极管产生的电流就小了，表如今万用表指示电阻值变大了大约由几十变为几k假如接收管输出两端之间的阻值变化不大，说明该光电耦合器已损坏而不能使用上一页返回8.3 LED数码管 LED数码管是把二极管制成条状，再按照一定方式连接，组成数字“8而构成的LED数码管是数字式显示装置的重要部件它具有体积小、功耗低、寿命长、响应速度快、显示明晰、易。