光电二极管是响应于各种类型的高频电磁辐射（环境光、相机镜头聚焦的光、通信系统中使用的激光信号、热辐射等）产生电信号的测量设备。
什么是光？
如果你研究过量子力学，你就会知道这个问题并不像看起来那么简单。幸运的是，我们不需要解开宇宙的奥秘就可以成功地将光电二极管整合到我们的电子系统中。然而，我们确实需要对光有基本的科学认识。
电磁辐射和波长
电磁辐射 (EMR) 以波的形式传播，并且还由称为光子的无质量粒子组成。我们根据电磁波的波长对其进行分类。光只是属于特定波长范围内的 EMR。
如果我们对“光”这个词进行严格的解释，我们只会将这个词与光波长相关联，即人眼敏感的光的波长。光波长从400nm延伸到700nm，不同的波长对应不同的颜色。
正如您在图中看到的那样，颜色从紫色（波长最短）开始，然后通过彩虹向红色（波长最长）移动。
我们还可以将“光”一词应用于接近但实际上不在光学范围内的电磁辐射。红外光从 700 nm 延伸到 1 mm，紫外光从 400 nm 延伸到 10 nm。当从广义上解释“光”时，我们可以使用术语“可见光”来区分光学 EMR 与红外线和紫外线。
电磁辐射和光子
电气工程师经常强调光的量子特性，因为光子在光和电子电路之间的相互作用中起着重要作用。光子传递能量，与单个光子相关的能量由波长决定。
具有较高频率（或较短波长）的 EMR 具有较高能量的光子，具有较低频率（或较长波长）的 EMR 具有较低能量的光子。
pn结和二极管
获得一些半导体级硅（真正纯净的东西）。用五价元素掺杂它的一部分以制造n型硅，并用三价元素掺杂它的相邻部分以制造p型硅。你有一个 pn 结——后现代文明的支柱之一。
当硅 pn 结被封装并用于电路时，我们将其称为二极管（或者如果您想要更精确，则称为硅结二极管）。当我们实现普通二极管时，我们通常会考虑正向偏置操作：当其正向偏置电压小于约 0.6 V 时，二极管会阻断电流，而当其正向偏置电压大于 0.6 V 时，它会自由传导电流。0.6 V。（这是一个主要的简化，但很有用。要进行更深入的讨论，请考虑阅读我关于正向传导二极管电路的简化电路分析技术的文章。）
然而，对于光电二极管，我们对零偏置操作或反向偏置操作感兴趣。光电二极管实现的这一原则至关重要，所以在结束之前让我们再讨论一下。
pn结作为光学探测器
光电二极管的目的是产生与可见光、红外光或紫外光强度成正比的电流。由光电二极管测量的光强度的技术术语是照度。
光电二极管具有透明封装，允许光到达 pn 结，并且在适当设计的光电二极管电路中，入射光将产生流经光电二极管的电流量的精确变化。
如果我们将光电二极管正向偏置到导通点，我们就不再有光学检测器。当入射光子传递的能量显着影响二极管总电流时，就会进行检测。无论入射光如何，电流都自由地流过正向传导二极管。因此，光电二极管电路被设计成使得光电二极管具有零偏压或反向偏压。
采用零偏压实现的光电二极管在光伏模式下运行，而采用反向偏压实现的光电二极管在光电导模式下运行。这两种模式将在本简介后面详细探讨。
测量光、红外线和紫外线辐射
光电二极管是可用于测量可见光、红外辐射或紫外辐射的半导体器件。硅光电二极管与典型的硅整流二极管没有根本区别，但光电二极管利用了 pn 结的零偏压或反向偏压特性。
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