## 光二极管传感器

### 1. 什么是光二极管？

光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管是一种能够将光能转化为电能的电子器件，光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

下面是常见的光二极管传感器模块：

{{ :wiki:光电二极管.jpg?300 |}}

### 2. 光二极管是如何工作的？

光敏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。

{{ :wiki:光敏二极管示意图.png?500 |}}

光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，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。这种特性称为“光电导”。光敏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，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

光敏二极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光敏二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光敏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，在电路图中文字符号一般为VD。

{{ :wiki:光敏二极管结构图.png?500 |}}

### 3. 如何应用光二极管传感器？

光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件，其应用场景广泛。以下是一些光电二极管的应用场景：

1、光通信：光电二极管广泛应用于光纤通信领域，作为光信号的接收器件，将光信号转化为电信号。

2、光电探测：光电二极管可以用于各种光电传感器中，如光电门、反射式传感器、光电编码器等。

3、光测量：光电二极管常用于光度计、光谱仪、色彩测量仪等光学测量设备中，用于检测光强度、光谱分布等。

4、光电转换：光电二极管可用于光电转换器件中，将太阳能等光能转化为电能，如太阳能电池、光电导航系统等。

5、光电显示：光电二极管在光电显示领域也有应用，如液晶显示器、LED显示屏等。

6、光控：光敏二极管可以用作光控开关，无光照时，光敏而激光VDL因接收反向电压而截至，晶体管因无基极电流也截止，继电器出于释放状态。当有光线照射到光敏二极管VDL时，VDL从截止转变为导通，使晶体管相继导通，继电器K吸合接通被控电路。

7、光信号接收：光敏二极管可以用作接收光信号。它一般通过光信号放大电路，再有光敏二极管接收，最后经过放大用过耦合电容输出。

8、光转换：光敏二极管可以用作红外光到可见光的转换。红外光信号由光敏二极管VDL接收，经过晶体管放大后，驱动发光二极管发出可见光。

### 4. 光二极管传感器的优缺点
#### 优点：

1、高灵敏度：光电二极管传感器对光的变化非常敏感，可以检测到微弱的光信号。

2、快速响应时间：光电二极管传感器的响应时间非常短，可以迅速地检测到光信号的变化。

3、低功耗：光电二极管传感器所需的功率非常低，适合在低能耗的应用中使用。

4、高可靠性：光电二极管传感器没有机械部件，因此具有较高的可靠性和耐用性。

5、宽工作频率范围：光电二极管传感器可以在广泛的频率范围内工作，从红外到紫外。

#### 缺点：

1、有向性：光电二极管传感器对来自特定方向的光更为敏感，而对其他方向的光可能不太敏感。

2、有限的线性范围：光电二极管传感器的输出信号通常在一定的光强范围内是线性的，超出该范围可能会引起非线性响应。

3、温度依赖性：光电二极管传感器的灵敏度和响应时间可能会受到环境温度的影响。

4、限制的频率响应：不同类型的光电二极管传感器具有不同的频率响应范围，某些传感器可能对高频光信号响应较差。

综上所述，光电二极管传感器是一种常用的光电转换器件，具有高灵敏度、快速响应时间和低功耗等优点。然而，使用时应注意其有向性、线性范围限制、温度依赖性和频率响应等特性。

### 5. 光二极管传感器的供应商有哪些？

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/advanced-photonix|Advanced Photonix]] ：Advanced Photonix 是一家专注于光电传感器解决方案的公司，其产品广泛应用于通信、医疗和工业领域。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/american-bright|American Bright]] ：American Bright 是一家专门设计和生产发光二极管（LED）产品的公司，提供各种用途的高品质照明解决方案。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/amphenol-advanced-sensors|Amphenol Thermometrics]] ： Amphenol Thermometrics 是一家领先的温度传感器制造商，为全球各个行业提供高精度和可靠的温度测量解决方案。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/ams-osram|ams OSRAM]] ：ams OSRAM 是一家集成光电子解决方案的领军公司，其产品涵盖各种光传感器、LED照明和显示技术。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/analog-devices|Analog Devices Inc]] ： Analog Devices Inc 是一家全球领先的模拟技术解决方案提供商，其产品包括模拟信号处理器、数据转换器、传感器和无线通信技术。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/broadcom|Broadcom Limited]] ：Broadcom Limited 是一家全球领先的半导体解决方案供应商，其产品范围涵盖网络通信、嵌入式处理器和无线连接技术。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/cel|CEL]] ：CEL 是一家专注于高频、高速和功率半导体器件的制造商，其产品应用领域广泛，包括通信、汽车和工业市场。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/everlight-electronics|Everlight Electronics Co Ltd]] ：Everlight Electronics Co Ltd 是一家专注于LED照明和显示技术的制造商，提供各种LED组件和系统解决方案。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/excelitas-technologies|Excelitas Technologies]] ：Excelitas Technologies 是一家提供光学和光电子技术解决方案的国际领导者，其产品应用于医疗、安全和科学研究等领域。

[[https://www.digikey.cn/zh/supplier-centers/finisar|Finisar Corporation]] ：Finisar Corporation 是一家专注于光通信和网络应用的领先光电子元件制造商，其产品包括光模块和传感器等。

下面是上述供应商元器件应用场景对比：
{{ :wiki:光二极管供应商对比.png?nolink |}}

### 6. 从哪里选型和购买光二极管传感器？

[[https://www.digikey.cn/zh/products/filter/%E5%85%89%E7%94%B5%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1/543?amp%3BWT.z_header=search_go&s=N4IgTCBcDaKJKKh5U0DFyhA80IXeIC6BfIA|DigiKey网站上光二极管选型]]

下面是一些光二极管元器件对比：
{{ :wiki:光二极管选型.png?nolink |}}

### 7. 使用RP2040驱动光电二极管的简单示例
可以参考[[https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/electronics-lab-led-sensor|LED搭建光敏传感器电路]]

下面是使用RP2040驱动光电二极管的代码：
  from machine import Pin, ADC
  from time import sleep
  adc = ADC(Pin(26)) #设置ADC的管脚
  while 1:
      adc_num = adc.read_u16() #读取光电二极管ADC的原始值，0-65535 对应电压 0.0v - 3.3v
      adc_val = adc_num/65535*3.3 #将ADC的原始值转换为电压值
      print(str(adc_val)) #打印