深入理解发光二极管与光电二极管：从原理到实际应用的技术指南

发光二极管与光电二极管的技术深度剖析

虽然发光二极管（LED）和光电二极管（Photodiode）都属于半导体光电器件，但它们在物理机制、电气特性及工程实现方面各有侧重。本篇文章将从技术角度深入分析两者的异同，并提供实际应用建议。

1. 材料与能带结构的影响

LED的发光效率高度依赖于半导体材料的直接带隙特性。例如，GaN（氮化镓）用于蓝光/白光LED，GaAs（砷化镓）用于红外LED。而光电二极管同样需要高灵敏度材料，如硅（Si）适用于可见光和近红外，InGaAs则用于长波红外检测。

2. 偏置电压与工作状态

LED工作时需正向偏置，通常施加2–3.5V电压以驱动发光。若反向电压过高，可能导致击穿损坏。

光电二极管多采用反向偏置，以扩大耗尽区，提升响应速度和线性度。在无光照时，仅有微小暗电流；有光照射时，产生与光强成正比的光电流。

3. 性能参数对比

• 发光二极管关键参数：发光强度（mcd）、波长（nm）、色温（K）、寿命（小时）、正向压降（Vf）。
• 光电二极管关键参数：响应度（A/W）、量子效率、暗电流、响应时间、光谱范围。

4. 设计注意事项与选型建议

在实际项目中选择器件时应注意以下几点：

• 若需“发出光”，选择合适波长和亮度的LED。
• 若需“感知光”，应选用高响应度、低噪声的光电二极管，并考虑封装形式（如透镜型、表面贴装）。
• 在抗干扰设计中，可加入滤光片或调制解调技术，避免环境光干扰。

5. 创新应用案例

近年来，两者结合催生了诸多创新应用：

• 智能健康监测手环：使用微型LED发射特定波长光，通过光电二极管检测皮肤下的血氧浓度（PPG信号）。
• 无线光通信（Li-Fi）：利用高速调制的LED实现数据传输，由光电二极管接收信号，速率可达Gbps级别。
• 自动光照调节系统：环境光传感器由光电二极管构成，联动控制LED亮度，实现节能照明。