【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 白色透明材料封裝外，還可以見(jiàn)到用藍(lán)色透明材料封裝的發(fā)光二極管。紅外發(fā)光二極管按發(fā)光功率的大小，可分為小功率（幾 mW） 、中功率（幾十 mW） 、大功率（幾百 mW）三種。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型，還有側(cè)面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有部分是采用陶瓷底座，頂端用玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂透鏡封裝的；中大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率的提高，相應(yīng)的管子的體積也增大[7]。 特性與參數(shù)一、基本特性伏安特性紅外發(fā)光二極管的伏安特性如圖 210 所示，與普通二極管的伏安特性相似。由圖可見(jiàn)，紅外發(fā)光二極管的正向壓降 UF與材料及正向電流有關(guān)，砷化鎵紅外發(fā)光二極管的 UF在 1~2V 之間。小功率管的 UF=1~；中功率管的 UF=~；大功率管的UF≤2V。在使用時(shí)應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)電源電壓的數(shù)值應(yīng)大于紅外發(fā)光二極管的正向電壓降 UF ，否則不能克服死區(qū)電壓（內(nèi)電場(chǎng)）產(chǎn)生正向電流 IF [8]。 圖 210 紅外發(fā)光二極管的伏安特性紅外發(fā)光二極管的反向擊穿電壓 UR較低，為 5~30V，因此使用中要注意其反向電壓不得超過(guò) 5V，否則器件就會(huì)損壞。 輸出特性紅外發(fā)光二極管的輸出特性曲線，就是其輸出光功率 P0與正向工作電流 IF之間的關(guān)系曲線，如圖 211 所示。由圖可見(jiàn)，在工作電流 IF較小時(shí)，輸出光功率 P0與工14作電流 IF成線性關(guān)系。當(dāng)工作電流 IF較大時(shí)，曲線產(chǎn)生了彎曲，P 0與 IF不再成線性關(guān)系，出現(xiàn)了非線性區(qū)。在紅外遙控中，紅外發(fā)光二極管一般工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)（數(shù)字調(diào)制） ，因此，對(duì)于輸出特性曲線的線性沒(méi)什么要求。當(dāng)用于簡(jiǎn)單的紅外通信時(shí)，紅外發(fā)光二極管工作在幅度調(diào)制狀態(tài)（模擬調(diào)制） ，只要將工作電流限制在線性區(qū)就可以了。 圖 211 紅外發(fā)光二極管的輸出特性 輻射光譜 輻射光譜是指紅外發(fā)光二極管的發(fā)射光強(qiáng) I 與發(fā)射光波長(zhǎng) λ 間的關(guān)系曲線，如圖 212 所示。由于紅外發(fā)光二極管的是非相干光，因此發(fā)圖 212 紅外發(fā)光二極管的輻射光譜光光譜有一定寬度，峰值波長(zhǎng) λ p為 ~。紅外發(fā)光二極管發(fā)出的近紅外光中，波長(zhǎng)為 λ p的光強(qiáng)最大。指向特性紅外發(fā)光二極管的指向特性是指它的發(fā)射光強(qiáng)與幾何角度的關(guān)系，是由封裝透鏡的形狀及管芯與頂端的位置決定的。圖 213(a)、(b)分別畫(huà)出了球面透鏡封裝與平頭封裝的紅外發(fā)光二極管的指向特性曲線。15圖 213 紅外發(fā)光二極管的指向特性由圖可見(jiàn)，球面透鏡封裝的管子指向角度較小，在偏離直線發(fā)射中心線（0186。 發(fā)射角）10186。 位置上，發(fā)射光強(qiáng)只有 0186。 位置上的 50%。平頭封裝的管子指向角度大些，在偏離 0186。 發(fā)射角 40186。 時(shí)的發(fā)射光強(qiáng)為 0186。 位置上的 50%。采用多只發(fā)光管并列安裝的方法，可以改善發(fā)射光線的指向特性。由于近紅外線具有可見(jiàn)光的反射特性，當(dāng)紅外遙控器在室內(nèi)使用時(shí)，發(fā)射管不必面對(duì)接收管，靠室內(nèi)墻壁及家具對(duì)近紅外光的發(fā)射作用，將紅外光反射到接收管，也可以實(shí)現(xiàn)遙控。這是紅外光的一種重要特性，利用這一特性，不僅可以方便控制，且可以構(gòu)成反射式紅外光電控制器。二、主要參數(shù) 正向工作電流 IF是指管子長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過(guò)的最大平均正向電流。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò) PN 結(jié)要消耗一定的功而引起管子發(fā)熱，若管子長(zhǎng)期超過(guò) IF運(yùn)行，會(huì)因?yàn)闊岫鵁龎?。因此，使用中管子的最大平均正向工作電流不得超過(guò) IF 。光功率 P0是指輸入到發(fā)光二極管的電功率轉(zhuǎn)化為光輸出功率的那一部分。光功率越大，發(fā)射距離越遠(yuǎn)。峰值波長(zhǎng) λ p是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中，光強(qiáng)最大值所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)。在選用紅外接收管時(shí)，其受光峰值波長(zhǎng)應(yīng)盡量靠近 λ p 。反向漏電流 IR是指管子未被反向擊穿時(shí)反向電流的大小，希望它越小越好。響應(yīng)時(shí)間 tw由于紅外發(fā)光二極管 PN 結(jié)電容的存在，影響了它的工作頻率?，F(xiàn)在，紅外發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間一般為 106~107s，最高工作頻率為幾十 MHz。16 發(fā)射電路圖 214 為發(fā)射電路。電路的上下兩部分是對(duì)稱的，我們以上面部分電路為例，說(shuō)明此電路的工作原理。來(lái)自音響設(shè)備 R 聲道的音頻信號(hào)，經(jīng) R1和 R2分壓后送入由 VT 構(gòu)成的放大器。C1和 R3組成預(yù)加重電路，將音頻信號(hào)的高頻成份進(jìn)行提升。然后由 VT1進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng) RP 調(diào)節(jié)后加到鎖相環(huán) LM5671 內(nèi)部壓控振蕩器的輸入端 2 腳。另外，經(jīng) VT1放大后的信號(hào)由 VT2進(jìn)一步放大后，再經(jīng) VDC 6構(gòu)成的半波整流電路整流，在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 VT3的柵極產(chǎn)生負(fù)壓，信號(hào)愈強(qiáng)，負(fù)壓愈大，VT 3的漏源電阻 RDS愈大，VT1射極負(fù)反饋電阻愈大，VT 1的電壓增益減少，使輸出電壓降低，從而使輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，以免產(chǎn)生調(diào)制失真。LM5671 的 5 腳輸出受 2 腳音頻信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻信號(hào)，其中心頻率設(shè)定在 110kHz。中心頻率由 LM5671 的外接阻容元件 R11和 C9確定。調(diào)節(jié)電位器 RP 就可改變輸入到 LM5671 的信號(hào)電平，實(shí)際上就是對(duì)發(fā)射頻率的頻偏控制。如果輸入信號(hào)過(guò)強(qiáng)，將會(huì)引起過(guò)度偏離，導(dǎo)致接收機(jī)的失真；如果輸入信號(hào)過(guò)弱，頻偏過(guò)小，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)噪聲過(guò)大，甚至無(wú)法接受。通過(guò)調(diào)節(jié) RP，可使鎖相環(huán)輸入的音頻信號(hào)符合要求，且由自動(dòng)增益控制（AGC）電路將信號(hào)維持在一定幅度。調(diào)頻信號(hào)經(jīng) VT4驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管 VD2~VD6發(fā)出紅外調(diào)頻信號(hào)。采用多只紅外發(fā)光二極管是為了增大輻射面積。L 聲道的頻率調(diào)制與發(fā)射電路和 R 聲道完全相同，只是鎖相環(huán) LM5672 的中心頻率設(shè)定在 250kHz [9]。17 圖 214 發(fā)射電路發(fā)射電路采用穩(wěn)壓電源供電，電源電路如圖 215 所示。 圖 215 電源電路18第三章 接收系統(tǒng) 光敏二極管 結(jié)構(gòu)原理我們知道，在半導(dǎo)體中只有導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴才能起導(dǎo)電作用。而用光照射半導(dǎo)體時(shí)，可用光子的能量激發(fā)價(jià)帶中的電子到導(dǎo)帶上去，產(chǎn)生導(dǎo)帶中的非平衡電子和價(jià)帶中同樣數(shù)量的非平衡空穴，它們對(duì)導(dǎo)電均有貢獻(xiàn)，因此，用光照射半導(dǎo)體，可使半導(dǎo)體電阻率發(fā)生變化。這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)可以制成光電二極管 [10]。圖 31 是一個(gè)加有反向電壓（N 區(qū)接正電源，P 區(qū)接負(fù)電源）的 PN 結(jié)和它的能帶圖。在無(wú)光照射時(shí)，PN 結(jié)中的反向電流是由 P 區(qū)的少數(shù)載流子電子流向 N 區(qū)和 N 區(qū)的空穴（也是少數(shù)載流子）流向 P 區(qū)形成的。由于是少數(shù)載流子導(dǎo)電，因此反向電流很小，一般小于 1μA。 圖 31 加有反向電壓的 PN 結(jié)及能帶圖當(dāng)有光照射在 PN 結(jié)上時(shí)，情況就不同了。若入射光子的能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么價(jià)帶中的電子可以吸收光子的能量而跳到導(dǎo)帶上去，結(jié)果在導(dǎo)帶與價(jià)帶之間就產(chǎn)生了電子——空穴對(duì)，見(jiàn)圖 32。這些電子——空穴對(duì)是在 PN 結(jié)內(nèi)產(chǎn)生的，在外加反向電壓的作用下，電子漂向 N 區(qū)，空穴漂向 P 區(qū)，結(jié)果生成光生電流。光生電流基本上與入射光強(qiáng)成正比。這是光敏二極管的工作原理。19圖 32 PN 結(jié)的光電效應(yīng)不同的半導(dǎo)體材料對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光的響應(yīng)是不同的。為了使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量應(yīng)大于材料的禁帶寬度，即入射光波波長(zhǎng)應(yīng)小于 λ 0。λ 0= m （）?硅材料的禁帶寬度 EG=，對(duì)應(yīng)的 λ 0=，即只有波長(zhǎng)小于 的光才能有顯著的光敏作用。 特性參數(shù)一、基本特性伏安特性圖 33 是光敏二極管的伏安特性曲線。圖中畫(huà)出了三條特性曲線，曲線 1 為無(wú)光照時(shí)的特性；曲線 2 為中等光照時(shí)的特性；曲線 3 為強(qiáng)光照射時(shí)的特性。無(wú)光照時(shí)，光敏二極管的特性與普通二極管一樣。有光照時(shí)，光敏二極管的反向電流增大，特性曲線沿電流軸向下平移，光照越強(qiáng)，下移越大，下移幅度與光照強(qiáng)度成正比。由圖還可以看出，在入射光強(qiáng)一定時(shí)，光敏二極管的反向電流是基本不變的，與反向電壓無(wú)關(guān)，特性與電壓軸平行。特性在第四象限時(shí)，它呈光電池特性。在 PN 結(jié)沒(méi)有外加電壓時(shí)，它是存在內(nèi)電場(chǎng)的，方向從 N 區(qū)指向 P 區(qū)，當(dāng)受到光照時(shí)，將產(chǎn)生電子和空穴，在內(nèi)電場(chǎng)作用下，電子被吸引到 N 區(qū)，空穴被吸引到 P 區(qū)，如果用導(dǎo)線或外接電阻連結(jié) PN 結(jié)，將形成通過(guò)外電路的電流。由于它是能向外電路提供能量（光能轉(zhuǎn)為電能） ，故稱為光電池。由于其產(chǎn)生電流的方向在 PN 結(jié)內(nèi)部是由 N 區(qū)到 P 區(qū)的，故在外電路中是由 P 區(qū)通過(guò)外電路到 N 區(qū)的，也是反向電流。20圖 33 光敏二極管的伏安特性光譜響應(yīng)特性前面已經(jīng)提到，不同材料對(duì)各種波長(zhǎng)的入射光的響應(yīng)是不同的。即光敏二極管對(duì)不同的波長(zhǎng)有不同的靈敏度。硅光敏二極管的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)為 ~，峰值波長(zhǎng)為 ~，如圖 34 所示。這恰好與砷化鎵紅外發(fā)光二極管的波長(zhǎng)相重