光电二极管范文

光电二极管篇1

关键词：白光发光二极管；家电数码显示器；分光分色一致性

随着前几年国家实行的“家电下乡”、家电以旧换新补贴政策的执行和这两年开始的绿色节能家电补贴政策的推行和实施，贴片发光二极管在家电行业的应用数量越来越多，而且应用的范围也越来越广泛，从空调到冰箱、洗衣机、DVD再到微波炉、电磁炉、高压锅，几乎涵盖所有家用电器数码显示面板，从家电的多样化来看，其显示颜色也从原先单一的红色、黄绿色、黄色发展到现在的蓝色、绿色、橙色、白色、粉红色、青绿色等等，可谓色彩斑斓绚丽多色啊。尤其2008年开始为了提高数码显示器件的可靠性，都是采用0603贴片产品逐步替代原先数码显示器直接用bonding芯片的方式，在2012年高档的家电产品使用0603贴片方式的产品比例已经超过80%，所以也是的白光产品大量应用在家电产品用的数码显示器上，使得家电产品显示更加多样化，但是因为白光颜色比较难控制，故其应用在数码显示器的白光颜色选择和分光都是有一些基本要求的，都是有一定的区分的。本文从二方面着重介绍一下家用电器用白光显示器件的一些基本要求。

1 颜色的选择

一般家电产品都是以白色外壳为主，也就是所谓的“白色家电”，所以都是以黄绿、蓝色为主，为配合白色家电的外壳和大家习惯的感觉，白光也都是配冷色调的白光为主，尤其是一些空调、冰箱产品，但在冷色调范围内的白光分为蓝白色、偏青色、偏紫色、偏红色等等，可以说CIE_X，CIE_Y坐标稍微变化，其白光的颜色就会发生变化，再配合数码显示器外壳套件的白色反光、漏光和表面贴膜的滤光，白光的颜色会变化的更加大，比如偏青的冷色调白光会显得灰色，偏正白的LED用在数码上就会显得乳黄色。所以用在家用电器的白光发光二极管一般选择正偏蓝白色的，如图1中两边窗口中的就是正偏蓝白颜色，甚至冰蓝色的冷色调白光。偏蓝到需要的什么程度可以结合数码显示器的塑壳偏黄、偏白程度、塑壳的高度和膜的透光程度等等来综合考虑，配套出最佳的配合方案。

另外在考虑白光颜色的同时，也需要根据塑壳窗口和笔端大小来考虑白光的发光强度和白光的发光角度，在某些反光较好和窗口小的塑壳上如果发光强度过大则会造成光的多次反射后颜色改变，相反如果发光强度低的白光用在窗口或者笔端大的数码上就会增加色差的几率。加上膜的透光性问题也会改变出光白光的颜色和亮度，所以即使是相同X/Y坐标的贴片白光使用在不同的塑壳大小数码显示器上，白光出来的发光颜色效果和颜色一致性效果也是不一样的，在使用白光在考虑发光颜色的同时还要考虑发光强度和窗口、笔端的设计大小，下图1为同样颜色的白光设计在不同窗口的对比效果图，在窗口大的区域相对来说显示了贴片白光的真实颜色，而窗口小8字下就因为塑壳的反光原因变得相对比较白了。

2 一致性控制

在家用电器使用白光发光二极管的显示板上白光的一致性问题是比较难控制的，这个一致性包括发光亮度的一致性和整个显示板的各颗产品的颜色一致性问题，尤其是笔端比较细的单“8”，双“8”数码显示和单板串、并联较多的数码板。既要保证单板的一致性又要保证整批的一致性，一般需要从两个方面着手。第一方面就是分光分色，包括电压、色度坐标、亮度，亮度一般可以采用1：1.2，对于要求高的可以适当缩小比例，一般场合考虑亮度分档的集中性可以采用1：1.2来分而降低成本；色度坐标可以根据偏蓝的程度来用X轴细分法和Y轴细分法，这样既可以保证色度的一致性，也可以提高分档的集中性而降低成本。当然采用哪种细分法要看有不同芯片波长和荧光粉波长组成白光的斜率来看决定。在实际分级中可以根据客户对数码显示器对色差的要求，再对白光混合波长来进行细分。电压方面可以先按照0.1V来分，虽然一般数码显示器都是通过脉冲扫描来实现驱动供电的，对电压的一致性要求会比较低，但是有些单板颗数多的产品还是会出现部分的串、并联，所以白光产品在分光反色的时候先细分，然后在包装的时候根据显示器控制电路来确定怎么样进行合并包装；这样的分光分色既可以保证应用的一致性，又可以保证出货率。所以亮度和电压分bin在实际生产过程中既要考虑数码显示板的亮度和颜色的一致性，也要保证产品的批次的一次性出货率，也就是要控制0603贴片产品的生产成本。

而在实际测试机器调整时也有一定的讲究，因为一般测试仪器都是通过测试LED法向亮度和色度坐标来实现的，所以其无法测试出LED侧面发出的光，而在数码显示器需要的是单颗贴片LED发出的所有光组合起来的颜色，其侧光通过塑壳的多次反射会重新出射到显示器的表面。所以在测试的时候我们需要对测试的光学镜头的高低、大小、位置和镜头面的粗糙程度进行配合优化，把单颗贴片LED的正面和侧面发出的光，都测试进去，尽量使测试出的数据能反映出贴片LED整个发光颜色。这样也会是模拟了其在数码板中使用的情况。

第二方面从控制蓝光芯片的波峰波长和荧光粉波峰波长的离散性来控制两者激发产生白光的一致性，蓝光波长目前一般芯片长都是通过主波长来进行2.5nm分档，相当于峰值波长4nm左右，而对白光来说激发荧光粉需要的是蓝光芯片的激发波长，就是蓝光芯片的峰值波长。

而主波长在2.5nm范围内，并不代表峰值波长也在2.5nm内，一般峰值波长大小相差会在4nm以上，使用这样同批生产出来的白光虽然也能落在同一个bin级，但是白光发光斜率不同相对发出的颜色也就不一样了。图2说明是蓝光晶片峰值波长大与峰值波长小（两者相差4nm）做出来的白光产品的落bin图。

图3就是把这些产品使用在同一个数码管上的一个效果图，颜色一致性很差，就是因为白光的色谱不一样导致的。

所以在做数码用白光时使用的蓝光芯片是必须要求芯片生产厂商增加了蓝光芯片峰值波长的测试和分档，其分档的范围也是2.5nm大小，这样就可以提高其激发荧光粉后产生的白光的反光颜色一致性。

相同的道理对荧光粉我们也增加控制激发波长、受激发波长（放光波段范围）和激发效率的一致性，荧光粉颗粒大小的一致性等等。这些都是可以通过测试多颗白光LED的波峰图来看起叠加效果来判定荧光粉的波长是否集中。

图4就是说明荧光粉的波长集中度较好，因为其中蓝光峰和荧光粉黄光峰处，几颗LED的重合度都是比较好的。而图5说明荧光粉的波长集中率或者颗粒直径上有一定的问题，因为其中个别颗白光LED在黄光峰处比较分散，波峰峰值有一定的大小，波峰的高度也是有一定的高低。通过两者波长的控制和荧光粉的一些基本特性控制，从而控制整批白光的一致性，目前一般可以做到X±0.01，Y±0.015，也就是说基本上控制在两到三个档之内（如果按照0.01一个分档范围的话）。

当然用在家用电器显示器件用的白光发光二极管目前一般都是以0603产品的封装为主（封装结构如图4），其封装厚度、荧光粉胶体厚度，芯片是否在荧光粉胶体正中间，发光角度，芯片长宽大小都是有讲究的，需要根据不同数码外壳套件和膜片来一一配套试验的。

总之，0603贴片白光发光二极管应用在家电数码显示器上，对白光的颜色，色温，色谱，亮度，电压，批量一致性都是有较高的要求，都是需要根据不同的电器、不同的人眼反应和不同的显示效果来选配、设计不同数码窗口大小和塑壳的高度。为了使白光贴片的分光一致性的同时，生产单位也要考虑一致性所带来的出货率的问题，出货率越高其单颗的生产成本也就越低。不至于造成显示器的成本越来越高。

参靠文献

[1]王晓东.电器照明技术.北京.机械工业出版社：2004.

[2]鲍超.发光二极管测试技术和标准.物理，2003，32（5）：319-324

[3]John H.Lau著 贾松良等译校《芯片尺寸封装设计、材料、工艺、可靠性及应用》 北京 清华大学出版社 2003

[4]Narendran， N. and Y. Gu. 2005. Life of LED-based white light sources. IEEE/OSA Journal of Display Technology 1（1）： 167-171

[5]《半导体照明产业新技术》 指导手册 北京 中国科学技术文献出版社 2006.11

[6]黄贤斌.传感器原理与应用（第二版）.高等教育出版社/电子科技大学出版社

光电二极管篇2

集中式并网光伏电站是利用荒漠，集中建设大型光伏电站，发电直接并入公共电网，接入高压输电系统供给远距离负荷。

防反二极管在集中式并网光伏电站建设中，不可或缺的原因，主要是集中式光伏电站发展初期重点考虑系统运行的稳定性和可靠性等因素;随着集中式光伏电站建设规模的增大，节约成本成为集中式光伏电站建设的重点考虑问题。

二、防反二极管的作用

利用二极管的单向导电性，在每个组串的正极串联一个防反二极管。主要作用是：防止因光伏组件正负极反接导致的电流反灌而烧毁光伏组件;防止光伏组件方阵各支路之间存在压差而产生电流倒送，即环流;当所在组串出现故障时，作为一个断开点，与系统有效隔离，在保护故障组串的同时，为检修提供方便。

三、防反二极管的选型

大电流的二极管主要有整流二极管和肖特基二极管。这两种二极管的正向导通压降分别是：肖特基二极管约1.2V、大容量整流二极管约0.8V。在通过相同电流的情况下，肖特基二极管的导通损耗大于整流二极管。因此，集中式光伏电站建设中普遍采用大容量整流二极管。

选用大容量整流二极管主要考虑以下两方面：最大耐压和最大整流电流。器件的最大耐压必须大于系统设计电压的1.5倍，最大电流值必须大于系统设计最大电流的2倍。

四、使用防反二极管的优缺点分析

（一）优点：

1.防止光伏组件正负极反接

就防反接的方法而言，主要分为接口防反接（通过特定的接口防止反接）和电气设计原理防反接。接口防反接具有人为因素等诸多不可测因素在里面，加之施工难度大、成本造价高;电气设计原理防反接，即利用防反二极管的单向导电性进行防反。由于建设过程中接线工作量较大，难免出现光伏组件串联至汇流箱时正负极线混淆而接反。加装防反二极管后，在正负极接反运行的情况下，将接反组串与系统隔离，起到很好的保护作用。

2.防止组串之间产生环流，提高发电效率

组串之间因光伏组件或连线差异导致电阻不同;某一光伏组件故障或阴影遮蔽使该组串的输出电压低于其他组串;光伏组件干净程度、散热效果、损耗程度不同而存在一定压差。

表4.1 无直流柜的集中式光伏电站直流侧实测电压关系

逆变器直流侧母排U1，各汇流箱母排U2，各组串U3

所有组串

正常发电 部分组串发电 不发电

有防反二极管 U1=U2=U3 U1=U2=U3（发电组串），不发电组串U3各不相同，该是多少就是多少 U1=U2=U3（最大电压组串），其余组串U3各不相同，该是多少就是多少

无防反二极管 U1=U2=U3

有防反二极管的电压测量位置

无防反二极管的电压测量位置

由表4.1可知，压差会造成高电压支路的电流，通过汇流箱内的汇流排或汇流箱上级的汇流排，流向低电压支路从而在组串内部产生环流。环流时低电压组串作为高电压组串的负载，高电压组串即降低电压又损耗电能。

由图4.1可知，Pm为最大输出功率，B为开路电压。光伏组件电压在0-A内，输出功率P（Wp）与输出电压U（V）成正比，当高电压组串电压降低时，输出功率、发电效率也降低。

损失的电能会转换成热能使光伏组件温度升高，光伏组件温度升高不仅降低发电效率，还会加速热斑效应。

图4.1 实测光伏组件P-V特性曲线

防反二极管的存在，任何情况下均可将各组串隔离，防止互相干扰。因此，组串间环流和发电效率降低的情况可有效避免。

3.检修方便

当组串出现故障时，防反二极管可将故障组串与系统隔离，不但保护故障组串，还防止故障组串对系统产生干扰，防止故障范围扩大。在不影响其他设备正常运行的情况下进行检修，减小停电范围，提高系统发电效率。

对于无人值守或少人值守的电站，其故障响应时间长，组串带病工作的时间长，防反二极管起到很好的保护作用。

（二）缺点：

1.建设成本增加

防反二极管成本增加：

在集中式光伏电站建设中，多晶硅光伏组件平均每20片需要一个防反二极管。1兆瓦容量大概需要2100个防反二极管。如此多的二极管安装需要考虑散热，目前市场上运行的防反二极管安装方法有如下三种：

1）采用独立的二极管箱：二极管箱固定到汇流箱的背面，避免热量在汇流箱内积聚。该方案配置二极管箱的成本相比普通汇流箱成本增加40%，占电站总投资约0.23%。增加了施工现场的接线、电气调试和维护难度。

2）防反二极管串到组串的线缆上：采用光伏连接器（即公母连接头）将防反二极管串联到组串的线缆上，易安装、易更换。因为其外置，发热不会影响到汇流箱内部的采样芯片。串接到组串电缆上也变得简单了。这种防反二极管约占总投资的0.18%。需要特殊的电缆设计，增加了电气调试和后期维护难度。

3）防反二极管在汇流箱内：这种防反二极管约占总投资的0.11%。防反二极管通过导热硅胶黏贴到汇流箱内部，在汇流箱背面加装铝散热器，为实现良好的散热对汇流箱结构设计要做特殊处理。导致成本增大。不加防反二极管的汇流箱占总投资约0.57%。加装防反二极管后因汇流箱的改变需增加投资约0.11%，汇流箱整体占总投资约0.79%。由于二极管属于易耗品，备品备件要按照使用总量的10%进行配置，运行成本相应增加。

2.自身损耗

大容量整流二极管，自然条件下其电量损耗约0.2%-0.3%。以青海省格尔木地区20兆瓦级电站为例，电站25年平均利用小时数为1609小时，防反二极管的损耗电量约160-240万千瓦时。若防反二极管安装在汇流箱内，其功耗会使本身发热，对于IP65（根据北京鉴衡中心制定的《光伏方阵汇流箱技术规范》，汇流箱的外壳防护等级为IP65）带检测的汇流箱，发热对于采样的芯片原件产生一定温漂，检测的数据会和实际有差距，影响采样的准确性，严重还会引起电气事故。

3.运维工作量增加

增加防反二极管，每个组串都增加了一个故障点，增加维护工作量。防反二极管的质量问题会逐渐暴露，从近年青海省格尔木地区集中式光伏电站防反二极管使用情况看，使用年限3-5年的损坏率达2%-4%，并逐年升高。串联到组串电缆上的防反二极管，施工范围大，质量很难控制，并且是软连接形式不便固定，接线松动的情况较多，故障率高，虽更换容易，但损坏后需整体更换，代价较高。装到汇流箱内的防反二极管，是两个一起封装后通过导热硅胶固定在汇流箱内，每次更换都有受累组串陪停，影响发电效率。

五、结语

集中式光伏电站建设中是否使用防反二极管各有利弊。防反二极管除防反保护的作用是宏观的，其余的作用都是微观的，没有长时间的积累和对比很难发现，防反二极管在使用中的损坏、能耗和增加的运维工作量却是显而易见的。这种宏观、微观的差距主导着防反二极管的使用率。但是否使用应视情况而定。电站建设过程中，要对收资数据进行分析、计算，根据运行和管理方式的特点，综合考虑系统的安全性、稳定性、经济性、耐久性、适用性等因素后进行选择。

参考文献

[1]张喜军，朱凌，张计英，包凤永，王文瑞，王飞.光伏防雷汇流箱增设防反二极管必要性探讨[J].低压电器，2013，08： 36-38.

[2]刘胥和.外置防反二极管光伏防雷汇流箱的研究[J].科技创业家，2013，18：131.

[3]武春波.光伏电池阵列功率输出优化问题的研究[D].辽宁工业大学，2013.

光电二极管篇3

关键词：发光二极管；充放电；光敏电阻；涡流

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1003-6148（2013）11（S）-0063-1

妙用1 演示电容器的充放电

器材：3节1.5V小型电池，一只“100uF 16V”电容器，一只发光二极管及导线。

操作：充电操作——用3节干电池串联组成电源，电源正极接到电容器的正极。电源负极接到电容器的负极，接触一下即好。

放电操作：电容器的正负极触碰发光二极管的正负极。

现象：当电容器的正负极触碰到发光二极管的正负极时，二极管闪亮一下。

效果：二极管的闪光。给人鲜明的视觉效果，使人深信有电流通过发光二极管，闪亮一下后不亮了，说明回路没电了，电容器没电了。电容器能放电正是电源给电容器充的电。本实验趣味性强。操作方便。能把看不到的充放电通过发光二极管的光亮间接显示出来。

妙用2 演示光敏电阻的电阻随光强的增强而减小

器材：3节1.5V小型电池。一只光敏电阻，一只发光二极管及导线。

操作1：将电源，光敏电阻和发光二极管组成串联电路置于发光的日光灯下方。

现象1：二极管发光。

操作2：用手遮在光敏电阻上方，挡住光。

现象2：二极管不发光。

效果：光照强，二极管发光，说明光敏电阻阻值小：用手挡光后。二极管不发光。说明光敏电阻阻值变大了。本实验操作方便，能把看不到的阻值变化通过发光二极管的光亮间接显示出来。

妙用3 演示涡流的存在

器材：一台较小的电磁炉。一个匝数较多的串联接入一只发光二极管的闭合线圈。

操作：电磁炉通电，线圈平面从平行于电磁炉到垂直于电磁炉，再继续缓慢转到平行位置。

现象：发光二极管在线圈垂直于电磁炉时不亮，线圈平面平行与电磁炉时发出鲜红的亮光。

光电二极管篇4

自2010年起，欧、美、日等先进国家相继开始执行禁用白炽灯泡之法令，其法令原由乃基于限制低发光效率的光源。白炽灯泡被禁用，取而代之的光源包括省电灯泡、冷阴极管、LED等。但未来如再考虑对有害物质的限制考虑，LED光源将成为最佳选择。 LED发光源工作原理及特性 发光二极管是半导体材料合成的二极管，由PN接口组成，当外加正向电压时，电子与电洞结合以光子形式释出能量，因此具有发光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以内产生，发光的波长取决于材料之特性而有不同发光颜色，常见有红、黄、绿、蓝发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压(电流)的大小来调节。在很大的工作电流范围内，发光二极管的亮度随电流的增大而提高。 LED照明亮度稳定性 发光二极管的亮度随电流的大小而不同，且制造出来的发光二极管，其电压与电流曲线稍有差异，因而LED照明的亮度常随电源电压的变动而无法稳定。为维持亮度稳定一致，需要发光二极管恒流驱动器来实现。恒流驱动器可以使得发光二极管工作在固定电流模式，因而亮度稳定性高。恒流驱动器也让发光二极管长期工作在一定电流下，使其维持较长寿命。 凯钰科技的T6316是一个恒流驱动器，它是一个具有4个通道的定电流发光二极管驱动器，输出电流可依照外置电阻而定。T6316具有±6%精度电流与通道间±3%匹配精度，可用于路灯、灯管等照明设备。为节能考虑，系统设计需考虑恒流驱动器的跨压在0.5V～2V之间。由于发光二极管长时间工作在恒定电流下，其跨压稍有下降，此项变动亦需考虑在系统设计中。 LED照明节能考虑 发光二极管照明优点是节能、安全，但由于恒定电流工作考虑，能耗亦相对增加，因此照明系统设计以低能耗为目标。前面提到恒流驱动器的压降在2V以内，即是考虑低能耗的设计，若系统的电源端电压与串接发光二极管压降超过2V以上，则需考虑以电压转换器来达到低能耗目标，但仍维持恒定电流工作模式。低能耗的电压转换器是以开关式方式工作，依据反馈电路控制开关周期，达到稳定输出电压。但为了维持发光二极管恒定电流工作状态，反馈电路是以输出电流来控制转换器开关周期。 凯钰科技T6322是一个降压恒流发光二极管驱动器，其电流依照外置电阻决定，可支持高达1.5A输出电流，提供±5%精度电流及高功率效能(低能耗)及高电线路调整能力。 图1是T6322与其他产品的线路调整能力的对比(低电流变动率即表示高线路调整能力)。 图1：T6322与其他产品的线路调整能力的对比 在目前充斥市场的LED照明产品中，它们的电源输入系统为两类：一类前端为AC电源输入系统加上后端的定电流控制模块，此类产品包括冷冻柜灯条、室内灯具、路灯、台灯、MR16、AR111等。另一类为交流电源直接输入系统整合AC/DC转换器和恒定电流线路，此类产品包括E27和GU10等灯泡型LED灯、PAR灯、T5和T8 LED灯管等。 第一类电源设计除了应选择前端效率较佳的恒定电压电源供应器外，后端恒定电源控制的电源模块则依其产品特性采用效率较佳的电源设计。其优点在于前端AC/DC的电源供应器，如开关电源、DC适配器等恒定电压电源，可选择性高且多有安规认证的方案，从而降低设计的门槛。 第二类电源设计由于整合了AC/DC的电路和恒定电流电路，故可符合较小空间的机构设计，但从功率因子、电源效率和安规的考虑，设计也存在一些难度。因此，现今市场此类产品很少能达到高发光效率、高功率因子(> 0.9)标准。 本文小结 目前LED照明产品要达到高发光效率，进而成为下一代主要光源，首要考虑的是电源模块的设计，针对不同的灯具产品选择正确的设计架构。此外，电源控制IC也必须提高电源效率、功率因子、可靠性，以开发适合LED照明需

光电二极管篇5

一、工作原理

土壤干湿探测器的电路如图1所示。晶体三极管VT1、VT2组成简易差分放大器，其中R4为负反馈共模抑制电阻器。VT1的偏压取决于电阻器R1和土壤探针a、b所探测到的土壤电阻对电池G的分压，VT2的偏压取决于微调电位器RP对G的分压。发光二极管VD1、VD2分别为土壤湿度正常和土壤干燥指示灯。

当土壤湿度正常时，探针a、b所检测到的土壤电阻较小。此时，通过调节微调电位器RP阻值，可使晶体三极管VT1的集电极电位高于VT2集电极电位约1.6V，于是发光二极管VD1导通发出绿光，表示土壤湿度正常。

当土壤由湿润转为干燥时，探针a、b间检测到的土壤电阻较大，使得晶体三极管VT1导通而VT2受电阻器R4较高电压降影响而转为截止，从而使VT1集电极电位下降，VT2集电极电位上升。其结果是发光二极管VD1熄灭，VD2很快获得≥1.6V正向工作电压而导通发出红光，指示被测土壤已经干燥。急需灌水。

电路中，探针a、b所检测到的土壤电阻和电阻器R1、微调电位器RP等实际上构成了一个土壤水分检测电桥，它具有检测灵敏、准确的特点；而由晶体三极管VT1、VT2所构成的差分放大器，工作状态不受电源电压变化、环境温度变化等的影响，所以尽管电路简单，但工作却稳定可靠，完全能够满足检测之要求。

二、元器件选择

晶体管VT1、VT2均用9014型(集电极最大允许电流ICM=0.1A，集电极最大允许功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三极管，要求两管尽量配对、电流放大系数B>150。VD1、VD2均用φ5mm高亮度发光二极管，颜色为一绿一红。

RP用WS-2型自锁式有机实芯微调电位器。R1～R4一律用RTX-1/8W型碳膜电阻器。SB用6mm×6mm立式微型轻触开关。G用一块6F22-9V型叠层干电池。要求配带揿钮式接线扣(可拆自同型号废干电池)，以便通过引线将干电池接在电路板上。

三、制作与使用

图2所示为该探测器印制电路板接线图，印制电路板实际尺寸约为55mm×25mm。

整个探测器电路参照图3所示，焊装在一个手持方便的长条形绝缘小盒内，盒子尺寸约为115mm×30mm×20mm。探针a、b可用自行车辐条加工而成，将它用小螺钉固定在电路板上(笔者用两个截掉一半塑料紧固帽的720型接线柱，效果不错)，其针尖从盒子前端伸出，保证间距15mm，使用时插深10cm以上。盒体侧面为电源开关sB开出按键帽伸出孔；盒体正面为微调电位器RP开出调节孔，为发光二极管VD1、VD2开出伸出孔。为了方便使用，在面板上绿色发光二极管VDI的旁边标注上“正常”两字，表示该发光二极管点亮时，土壤湿度合乎要求；在红色发光二极管VD2的旁边标注上“缺水”两字，表示该发光二极管点亮时土壤太干燥，需要尽快灌水。检查电路焊接无误、安装正确后。便可进行调试。

该探测器电路调试很简单：将探针a、b插入湿度合适的土壤中，按下按钮开关sB，调节微调电位器RP，使发光二极管VD1发出绿光、VD2刚好熄灭；拔出探针a、b，则发光二极管VD1熄灭、VD2发出红光即可。调节完毕，紧固微调电位器RP上的螺帽，使其阻值不随意发生改变。

光电二极管篇6

常规设计方案中励磁装置的调节器等工作电源采用厂用电与直流电分别给开关电源供电，然后在开关电源输出侧隔离，通过二极管阻塞反向电压，再将同电压等级的输出电源并接在一起给调节器或其它设备供电，其供电模式为双电源热备，如图1所示。这样的设计方案虽然简单，有较高的可靠性，但是存在以下缺点：没有相应声光指示工作电源状态。四个开关电源中如有损坏时或直流系统或厂用电中的某一路供电出现故障后，这时励磁装置虽然能正常工作，但此时运行人员可能在较长时间不能及时发现问题。若此时再发生供电系统异常或开关电源损坏，就会造成发电机失磁的重大故障。工作电源出现故障后无法准确判断出是哪路电源出了故障，就无法在不停机的状态下更换开关电源，需停机检修更换，这样会对用户造成不必要的经济损失。

2改进后的设计方案

2．1系统原理

针对现有的设计方案暴露出的缺点，我们在2013年4月提出设计变更方案，进行了大量的试验工作，对新增的电源监测装置进行了长时间的烤机，最终于2013年6月完成成品。

2．2电源监测装置原理

开送电源监测装置的电路结构如图3。第一分压电路9包括串联连接的电阻R1和电阻R2，其的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R1和电阻R2的节点作为输出端输出第一参考电压至运放IC1D和运放IC1B的反相输入端。所述第二分压电路10包括串联连接的电阻R4和电阻R5，第二分压电路10的一端与基准电压（例如＋9V）连接，另一端接地，电阻R4和电阻R5的节点作为输出端输出第二考电压至运放IC1C和运放IC1A的同相输入端。运放IC1D的同相输入端和运放IC1C的反相输入端分别通过电阻R3接入电源1，运放IC1B的同相输入端和运放IC1A的反相输入端分别通过电阻R6接入电源2。运放IC1D、运放IC1C、运放IC1B、运放IC1A的输出端分别通过电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14与发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4的阳极连接。这样，由运放IC1C、IC1D等元件组成具有迟滞特性的电压比较电路，检测＋5V（Ⅰ）（即电源1）电压是否正常，假设＋5V电压升高至＋5．5V或降低至＋4．7V电压时，运放IC1C或IC1D输出高电平，驱动发光二极管LED1、LED2发出警示。＋5V（Ⅱ）（电源2）的电压检测由运放IC1A、IC1B等元件组成，原理同上。本装置还包括分别与电源3、电源4、电源5、电源6、电源7、电源8连接的光耦OC1A、OC1B、OC2A、OC2B、OC3A、OC3B，每一光耦的输入端与待测电源连接，光耦接收端的集电极接上拉电阻，发射极接地，所述上拉电阻的一端接直流电压，另一端与发光二极管的阳极连接。以光耦OC1A为例，光耦OC1A的输入端通过电阻R23接入电源3，光耦OC1A接收端的集电极通过上拉电阻R15接入直流电压（＋12V），光耦OC1A接收端的发电极接地，上拉电阻R15的另一端与发光二极管LED5的阳极连接。在上述电源3的电压正常时，光耦OC1A的集电极电平是零，若电源3的电压消失时，光耦OC1A的集电极输出高电平，发光二极管LED5亦被点亮。其它光耦的连接方式和工作原理与前述相同，在此不再赘述。发光二极管LED1～LED10的阴极与开关管T1的控制端连接，开关管T1的第一端通过继电器J1线圈接入直流电压（＋12V），二极管D5连接在线圈的两端，开关管T1的第二端接地。开关管T1为NPN三极管。由发光二极管LED1～LED10构成或门电路，任何一个发光二极管被点亮后其阴极均可输出高电平，开关管T1的控制端（即NPN三极管的基极）在得到高电平后导通，继电器J1动作，其动作接点输出故障信号。开关管T1的第一端与直流电压之间还连接一发光二极管LED11，用于总故障报警。电源检测单元内部工作电源：由双路＋24V（Ⅰ）、＋24V（Ⅱ）经D3、D4隔离后并联给DC－DC直流变换器P1供电，P1输出＋12V电压。电路中工作电源的＋12V亦由＋12V（Ⅰ）、＋12V（Ⅱ）经D1、D2隔离后并联提供。这样整个电路的工作电源就有四路电源共同供电，可提高本电路工作的可靠性。

2．3新方案实施后的效果

通过大量的模拟故障试验与长时间烤机试验后，证明该电源设计方案稳定可靠，并且在任意开关电源不正常时均可对外发出信号警示，由此得出新方案比传统方案更智能化、安全化，能使现场调试人员及运行人员及时发现故障问题，从而及时消除其故障，避免造成更大的损失。

3结论

新设计方案与常规设计方案相比虽然成本上略有增加，但却极大提高了整个系统的运行稳定与可靠性，从长远考虑应发展新设计方案。新设计方案已在多个电站投入使用，运行至今未出现任何误报等故障，因此改进效果显著，应大力推广。

光电二极管篇7

【关键词】超辐射发光二极管（SLD）；光输出功率；光纤陀罗仪（FOG）；SLD内部磁场

0.引言

自1971年首个半导体SLD被制作出来后，至今短短四十年，超辐射发光二极管的研究与运用领域得到了飞速发展，并取得巨大的成就。由于超辐射发光二极管具有极其广泛的运用，也就注定了它是一个热门的领域。各个领域相辅相成，其他领域发展的同时，对于超辐射发光二极管的性能要求也来越高。对于所使用的SLD光源具有宽的光谱和高输出率的特性，这是超辐射发光二极管的优势所在，同时让其所在的系统具有高灵敏度，低相干性，高稳定性以及低噪声等也是人们所研究和改进超辐射发光二极管的目标和方向。此外，SLD作为一种优良性能的发光二极管，其内部磁场也是研究的一个方向。

当今有关SLD技术的许多方面运用已很纯熟。其一：SLD在光纤陀螺仪中起到很大的作用。光纤陀螺仪（IFOG）是一种全固态惯性测量器，在电子工业，重工业等领域中有广泛作用。超辐射发光二极管光谱宽度，输出功率，温度稳定性等性能满足光纤陀螺仪的要求，成为其首选光源器件。其二：在光学相关层析技术（OCT）中，超辐射发光二极管也是其理想光源之一。OTC是一种新兴的无损伤诊断技术，其高精度分辨率决定了它要求光纤长度较短，SLD成为它的理想选择。其三：SLD在低相干光时域反射仪（OTDR）中的运用。OTDC的重要指标包括分辨率和动态范围，而SLD的相关长度短，高输出功率成为其选择目标。其四：SLD能用于波分复用技术中也是因为其高输出功率，宽光谱的特点，且能与光纤传输技术兼容并用于其中[1]。SLD因为其优良的性能，广泛运用于光学，电子工业，航空航天，军工，医学等方面，随着时间的推移，人们对于SLD会有更深层次的研究和长足发展。

目前所能生产SLD光源元件主要由发光管管芯、热敏电阻器和半导体制冷器组成[2]。在光源驱动电路中，主要通过控制发光管管芯和驱动电流来控制SLD光源件，使其达到温度和电流相互控制形成的自动控制功能。其中SLD光源件的控制方法有广泛使用的模拟控制法和数字化控制法。

常用的SLD光源元件采用标准14脚双列直插或8脚蝶型带尾纤的耦合封装[3]。它是一种内部单程增益光发射器件，其性能指标主要由输出功率决定，并且掺杂光谱宽度性能。正向电流注人后 有源层内反转分布的电子从导带跃迁到导价带或杂质能级时， 与空穴复合而释放出光子，这种自发辐射的光子在给定腔体中传播时受增益作用而得到放大[4]。传统的激光半导体中，腔体两端面的反射作用形成谐振，当注入电流高于阙值后，端面输出增大而形成激光。而在SLD半导体光源器件中，经过改善和加工，其后端反射形成的谐波不足以形成激光，输出的是非相干光。但是由于光在途中受到增益作用，使得SLD器件的调制带宽增大。

而在SLD光源器件接入电源工作后，会产生相应的热量，使光源温度升高，影响光源器件的输出功率。如果输入电流不变，那么随着温度的升高，其输出功率就会降低，造成输出功率的不稳定，这一问题影响了SLD光源器件的性能。同理，如果保持SLD内部器件的温度不升高，那么电流增大就能使SLD光源器件的输出功率增大，但是不可能无限增大电流，因为现有的技术以及对其外观大小的要求决定了只能通过协调温度和电流之间保持达到合理的最大输出功率。而这样的要求就要经过SLD光源器件的电路驱动设计来完成。SLD驱动控制多采用制冷器控制，或者恒流控制。SLD光源器件内部虽然发光管管芯是主要的工作器件，但里面的热敏电阻器和制冷器也是必不可少的，三者缺一不可。基于运用需求，稳定的输出功率的光源器件要通过完善的电路驱动设计控制电流放和制冷器来使得电流和温度协调达到可行性的最大化输出功率。同时，这也使得SLD光源元件的驱动设计具有多样化，其中最广泛的方法大致为模拟控制法，而有部分采用的是数字化控制法，多样的设计方式展现出SLD宽广的拓展范围和发展空间。

超辐射发光二极管的广泛运用，促成了这一领域的飞速发展。首先，追求宽光谱，大功率的SLD是其主要目标。但是注入电流的增大会使得光谱宽度变窄，经过人们的研究，可以通过以下几种方式解决：第一种为有源区优化设计。SLD有源区结构分为量子阱（QW）和量子点（QD）两种；第二，抑制SLD受激振荡；第三：利用横向结取代垂直结；第四：改进散热方式。另外，可以改良SLD使其具有抗辐射性，在一些领域运用里能取到很好的效果[5]。

宽光谱，大功率输出特性的超辐射发光二极管（SLD）将会是一个不断深入的研究领域，而研制出更大输出功率，高灵敏度，低相干性，高稳定性的超辐射发光二极管也是人们的必然要求。但是由于温度制约着输出功率，就要求人们必须设计出更为完善的电路驱动方案，或者发掘新型的材料来不断提高超辐射发光二极管的性能。相信，随着超辐射发光二极管以及各方面的科学领域发展，今后的SLD光源将会得到更大的用处，并且衍生出新的领域。

1.SLD内部结构的磁场规律

通入电流后，SLD组件开始工作，也开始产生磁场。而产生的磁场有可能对其内部组件工作性能产生影响。藉此，就SLD组件而言，可以先简化加以研究，一个矩形金属小盒，外加两块极板，通入电流的磁场接近于SLD内部产生的磁场。对于这样规律，则利用maxxwall软件先进行SLD建模，然后仿真出其磁场规律。借助于软件，可以有效，直白的分析其磁场规律和效用。这也是研究的目的。

2.结论

超辐射发光二极管（SLD）作为一种高功率，宽光谱的光源器件，同其他的科学成果一样也会深深影响着未来的科学发展与进步。伴随着今天以及将来许多更为优良性能的SLD出现，重点在于学习，传承并创新，将SLD技术推向更深层次。而对于其内部磁场的研究，将有助于提高SLD的性能，甚至有可能发现它的新用途。

【参考文献】

[1]王佐才，吕雪芹，金鹏，王占国.超辐射发光二极管的运用[J].红外技术，2010（5）：32-5.

[2]邹燕，张春熹，刘军等.低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计[J].传感器技术，2005（10）：62-63.

[3]裴雅鹏，杨军.SLD光源驱动电路的设计与实验研究[J].光学仪器，2005（6）：58-61.

[4]谢辉，郑云生.超辐射发光二极管组件[J].光通信技术，2004（4）.

[5]段成丽，王振.超辐射发光二极管的研究进展[J].半导体光电，2013（6）：34-3.

光电二极管篇8

为确保电动机向所要求方向持续转动，当第一个光电管被照亮时，电动机就接收到该光电管输出产生的增力。当第二个光电管被照亮时，其电流使电动机反转，从而系统锁定在标志点处。使用差分配置可消除由于光电器件的温度不稳性和时间不稳定性所造成的误差。整个系统使用一个简单开关（如图 1 所示）来产生正向和反向两种转动。由于电动机响应时间和系统惯性在不同的应用场合相差很大，你可以根据应用场合选择CF和RF来实现合适的阻尼。CF必须足够小，以使电动机在标志点通过第二个光电管之前实现反转，否则，系统会继续运动到下一个标志点。如果CF的值过小，则会发生严重的过冲或振荡，导致传动系统故障，甚至烧毁电动机。

图1，光电电路采用一个功率运放来实现顺序位置控制。

为将过冲减到最低程度，图1中的RF1和 RF2将控制环路稳定在增益为1的点。你也可以施加一个制动力来缩短响应时间，方法是用RL和CL建立一个超前网络，使放大器根据传感器输出的变化来修正电动机的驱动。图1中的电动机具有14V的 EMF（电动势），并能在反转时在导通输出晶体管上加上 46V 的电压。这时的功耗是最坏情况下的功耗，你必须对照 SOA（安全工作区）核查这一功耗。图2示出了光束传感器的最佳校准情况。你只要将光束对准每个光电二极管的工作区，就可实现最佳的校准。光束必须照射到每个光电二极管光敏区的一半。当确定“孔”的大小时，要考虑光束位置与光电二极管之间的距离。如果光束过大，传感器在定位范围内不产生任何变化。光束太小则会在光电敏感区之间沿中心线产生一个非线性传送函数。这种非线性使人们难以选择电路阻尼电容器值CF的电容值，而且要求使用亮度更高的光源。

图2，在光束-传感器最佳对准的情况下，光束照射到每个二极管光敏区的一半。

图3显示了在不使用数模变换的情况下，如何将一个非双极信号用于集成有数字控制的系统。当逻辑线路为低电平时，信号二极管不导通。这一条件允许光电二极管对电路进行控制。Line2上的高电平使电流流入求和点，并使放大器摆动到负电平。Line1上的高电平使求和点电平高于地电平，并使放大器摆动到正电平。只要选择一个能使逻辑电平高得足以由每个光电二极管提供至少2倍的最大电流的电阻值，该电路就可保持对系统的控制，而不管光电二极管的信号如何。