你應該了解的十大光電元件

光電元件可產生、偵測、控制或轉換光。有些元件會產生可見光或紅外線，有些則會接收光訊號並將其轉換為電訊號。這些元件廣泛應用於通訊系統、工業自動化、醫療設備、車輛、消費性電子產品、顯示器及安全系統。.

「光電」一詞涵蓋了廣泛的元件類別。兩款元件的外觀可能相似，但其輸出結構、響應速度、波長或電路要求卻可能大相逕庭。因此，採購人員應依據功能及資料表參數來選購，而不應僅憑外觀或類別名稱來決定。.

本指南說明十種常見的光電元件，以及採購經理和工程師在核准零件前應確認的規格。.

1. 發光二極體（LED）

LED 在電子電路中的作用

當電流以正向方向流經發光二極體的半導體結時，該二極體便會將電能轉換為光能。發出的波長主要取決於半導體材料及裝置的結構。.

LED 的應用不僅限於一般照明。小型指示燈 LED 可用於顯示電源狀態、運作狀態、警報及通訊活動。高輸出功率的 LED 裝置則應用於汽車照明、工業設備、光學感測、紅外線照明及機器視覺等領域。.

該 Duolink 光電類別 包含適用於不同應用場景的 0603 型指示 LED 及紅外線發射器。.

常見的 LED 類型

指示燈 LED 通常用於狀態指示燈、控制面板及小型電子組件。高功率 LED 雖能提供更高的光輸出，但可能需要更仔細地關注散熱管理。.

紅外線 LED 發出的光位於可見光譜範圍之外。其應用領域包括遙控器、光電感測器、機器視覺、接近感測以及光學通訊。紫外線 LED 則應用於固化、感測、消毒、檢測及螢光等領域，但其適用性取決於波長與輸出功率。.

選購 LED 時應確認的規格

僅憑顏色名稱不足以辨識 LED。買家應確認：

• 峰值或主波長
• 正向電壓
• 建議正向電流
• 光強或輻射強度
• 可視角度
• 封裝尺寸與安裝類型
• 工作溫度範圍
• 極性與腳位配置
• 表面貼裝元件的濕氣敏感度與回流焊接條件

對於可見光 LED，光強描述的是人眼所感知的輸出。紅外線發射器則通常透過輻射強度或輻射功率來評估。這些數值不應被視為可互換。.

2. 雷射二極體

雷射二極體會產生一束窄而集中的相干光束。與一般 LED 相比，其光輸出更具定向性，且光譜範圍更窄。.

雷射二極體廣泛應用於光纖通訊、條碼掃描器、光學雷達（LiDAR）、光學儲存裝置、醫療儀器、對準系統及工業測量設備。具體的應用場景將決定其設計是否需要連續波輸出、脈衝運作、特定的光束輪廓，或是來自監測光電二極體的回饋。.

波長僅是第一個選型考量因素。工程師還應審查光輸出功率、閾值電流、工作電流、正向電壓、封裝、監測光電二極體配置、工作溫度以及熱設計要求。.

雷射二極體容易受到靜電放電、過電流及溫度影響。採購團隊應確認完整的零件編號與封裝規格，而非僅憑波長和額定功率便接受該元件。此外，任何替換方案均須經工程部門核准，因為其光學特性與驅動條件可能有所不同。.

3. 光二極體

光電二極體如何將光轉化為電訊號

光電二極體是一種半導體偵測器，當光線照射到其活性接面時，便會產生電流。電流的大小通常與裝置指定光譜範圍內的入射光功率成正比。.

光二極體廣泛應用於光通訊、光量測量、醫療儀器、安全設備、編碼器、紅外線偵測及工業感測等領域。由於其產生的電流可能過小，無法直接進行處理，因此通常需搭配放大器使用。.

周邊電路至關重要。偏置條件、放大器帶寬、輸入電容、雜訊以及 PCB 佈局，都會影響檢測器的性能。.

PIN 光電二極體與雪崩光電二極體的比較

PIN光電二極體的半導體層之間具有寬闊的內在區域。它廣泛應用於需要低電容、良好線性度及快速響應的場合。.

雪崩光電二極體（APD）在較高的反向偏壓下運作時，會產生內部增益。它能夠偵測較微弱的光訊號，但需要更精密的偏壓與控制電路。必須考量到雜訊、溫度特性以及擊穿電壓。.

不應將 APD 視為 PIN 光電二極體的高靈敏度直接替代品。.

靈敏度、暗電流與響應時間

響應度指光電二極體在特定波長下，面對給定的光學輸入時所能產生的電輸出量。暗電流是指在無光照條件下存在的微小電流，可能會影響低光照環境下的測量結果。響應時間或頻寬則決定了裝置能多快跟上變化中的光訊號。.

光二極體、光電晶體和光電阻並非等同：

元件	典型強度	常見的限制	常見用途
光二極體	快速且適合進行精確測量	通常需要放大	通訊與儀器
光電晶體管	更高的固有靈敏度	通常比光電二極體慢	檢測與切換
光電阻	基於電阻的簡易介面	反應緩慢且耐受性廣泛	基本燈光控制

更換零件時，應同時考量電路拓撲結構及光學規格。.

4. 光電晶體管

光電晶體管利用入射光來控制集電極電流。其晶體管特性所提供的訊號增益，比基本的光電二極體更高，因此在靈敏度比極高速度或線性測量更為重要的情況下，此元件便十分實用。.

典型應用包括物體偵測、計數器、位置感測、光開關、安全系統及工業自動化。光電晶體也常被用作光電中斷器及基本光耦合器內的偵測元件。.

與光二極體相比，光電晶體管通常能提供更大的電輸出，但響應速度較慢。飽和現象會進一步延長其關斷時間。這一點在編碼器、脈衝計數器和通訊電路中至關重要。.

購買前，請檢查光譜靈敏度、集電極-發射極電壓、集電極電流、暗電流、上升與下降時間、視角、封裝形式及工作溫度。資料表中所列的測試條件至關重要，因為當製造商採用不同的電流、負載或照度時，靈敏度與切換時間的數值將無法進行公正的比較。.

5. 光耦合器與光隔離器

光耦合器如何實現電氣隔離

光耦合器在單一封裝內包含一個輸入光源（通常為 LED）和一個輸出光電偵測器。其光路在傳輸訊號的同時，能維持輸入與輸出電路之間的電氣隔離。.

這些裝置常見於電源供應器、馬達驅動器、工業控制系統、通訊介面、回饋電路，以及需要在不同電氣域之間進行訊號傳輸的系統中。.

絕緣性能不僅取決於產品名稱上標示的電壓。工程師可能需要評估工作電壓、瞬態電壓、爬電距離、間隙距離、絕緣結構、共模瞬態抗擾度，以及適用的安全認證。.

光電晶體與高速邏輯光耦合器的比較

PC817 型裝置通常採用光電晶體輸出。它適用於切換速度較慢、反饋以及一般隔離等任務，在此類應用中，電流傳輸比至關重要。.

6N137 型光耦合器採用整合式高速偵測器與邏輯輸出。Vishay 將其 6N137 系列描述為具備開漏輸出的單通道 10 MBd 光耦合器。該產品適用於數位匯流排隔離及微處理器介面等應用。 製造商的 6N137 產品資訊 同時也說明了為何必須檢查輸出結構與邏輯需求。.

不應僅因 PC817 和 6N137 都是光耦合器，就將兩者互換使用。兩者的引腳數、供電要求、速度、輸出級以及應用條件均有所不同。.

導通率（CTR）、隔離電壓與切換速度

對於光電晶體光耦合器而言，電流傳輸比（CTR）描述了在指定測試條件下，輸出集電極電流與輸入 LED 電流之間的關係。CTR 會因等級、溫度、LED 電流及元件老化而有所不同。.

高速邏輯光耦合器的選用，通常會依據資料傳輸速率、傳播延遲、脈衝寬度失真、閾值特性、輸出類型以及共模瞬態抗擾度等參數來決定。.

採購檢查清單應包含：

• 完整的製造商零件編號及 CTR 分級
• 輸入正向電流條件
• 輸出類型與供電需求
• 資料傳輸速率或切換時間要求
• 絕緣等級與適用認證
• 爬電距離與間隙要求
• 封裝與引腳配置
• 溫度等級
• 需提供膠帶、捲軸、管狀或托盤形式

Duolink 其光電產品系列中列出了 PC817、LTV-817、6N137、TLP291-4 及 VO615A 系列零件。每項詢價均應確認該零件的供貨狀況及確切後綴。.

6. 紅外線發射器與接收器

紅外線發射器所產生光線，通常肉眼無法看見。接收器會偵測到紅外線訊號，並將其轉換為電訊號輸出。.

它們應用於遙控器、自動門、物體計數器、接近感測器、光柵、工業檢測及光學通訊等領域。部分接收器僅由簡單的光電二極體或光電晶體構成；另一些則內建濾波器、放大器及解調電路。.

發射器與接收器的波長匹配是設計驗證的首要步驟之一。即使將 850 nm 的發射器與針對其他光譜區域優化的接收器搭配使用，雖然仍可能產生一定程度的響應，但系統的檢測範圍或雜訊餘量可能會因此受損。僅使用匹配封裝並不能證明其光譜相容性。.

買家應將發射器的峰值波長與接收器的光譜靈敏度曲線進行比較。此外，還應檢查輻射強度、光學角、驅動電流、偵測器靈敏度、響應時間、環境光抑制能力、封裝方向及工作溫度。.

Duolink 的 SFH 4253 紅外線 LED 產品頁面 此處提供了一個 860 nm 表面貼裝發射器的範例。完整設計仍需搭配相容的接收器及合適的驅動電路。.

7. 環境光感測器與接近感測器

環境光感測器用於測量周圍的照度，以便控制器據此調整顯示器亮度、照明、功耗或設備的運作狀態。整合式感測器可能包含光電偵測器、訊號調變電路、類比數位轉換器以及數位介面。.

應用領域包括智慧型手機、平板電腦、車用顯示器、智慧照明、家電、消費性電子產品以及工業控制設備。.

接近感測器通常結合了紅外線發射器與偵測器。該感測器透過測量反射光來判斷是否有物體存在。外殼設計、保護玻璃的透光率、目標物體的顏色、距離、對準狀況以及環境中的紅外線輻射，皆可能影響測量結果。.

重要的選型參數包括光譜響應、測量範圍、解析度、供電電壓、介面、轉換時間、封裝、中斷功能以及工作溫度。對於數位裝置而言，寄存器映射與軟體相容性同樣至關重要。.

以 VEML7700 為例，這是一款具備 I²C 介面的整合式環境光感測器。Vishay 的 VEML7700 官方產品頁面 在核准特定的後綴之前，應先查閱最新的資料表及設計資訊。.

8. 光敏電阻與光敏電阻器

光敏電阻，又稱光依賴電阻或 LDR，其電阻值會隨入射光強度的變化而改變。由於其介面設計簡便，因此常被應用於簡單的光感測電路中。.

常見的應用包括自動燈具、光線測量儀、警報系統、螢幕亮度控制、玩具，以及基本的日光偵測。當應用僅需區分一般的光明與黑暗狀態時，分壓電路通常已足夠。.

LDR 的響應速度通常比光二極體慢，且各元件之間的容差範圍可能較大。應檢查其電阻值、恢復特性、光譜響應、溫度影響以及環境合規性。.

光二極體並不一定比光敏電阻（LDR）更好。正確的選擇取決於測量對象：

• 當電路需要簡單、低速的光感測功能時，請使用光敏電阻（LDR）。.
• 當速度、重複性、頻寬或經校準的光學測量至關重要時，請使用光電二極體。.
• 當系統需要數位數值、可控的光譜響應，或更簡便的處理器整合時，請使用內建環境光感測器。.

這兩種類型之間的替換，通常需要更換電路。.

9. 光電開關與反射式光電感測器

光電開關通常將紅外線發射器與光電晶體或光電二極體整合於單一封裝中。這種固定幾何結構減少了對準作業，使該元件能廣泛應用於緊湊型機械系統中。.

帶槽光電中斷器將發射器與偵測器設置於槽口的兩側。當移動的標旗、紙張邊緣、齒輪或編碼器轉輪經過時，會中斷光束。其應用範圍包括印表機紙張偵測、馬達位置感測、旋轉機構、物體計數及限位偵測。.

反射式光電感測器的發射器與偵測器位於同一側。它會偵測由附近目標物反射而來的光線。其性能會因目標物距離、表面顏色、質地、角度以及環境光線而有所變化。.

無論是哪一種類型，請檢查插槽寬度或感測距離、機械尺寸、波長、偵測器輸出、額定電流、切換時間、安裝方式及工作溫度。僅憑 PCB 占位圖並不能確認機械相容性。.

該 OPB817Z 開槽式光電開關 這是用於中斷式感測的光電晶體輸出裝置的一個範例。.

10. 光電顯示器

光電顯示器能將電訊號轉換為可見資訊。此類別包含單一 LED 顯示器、七段式顯示器、點陣式顯示器及顯示模組。.

它們廣泛應用於工業控制面板、測量儀器、家電、消費性產品、汽車儀表板以及醫療設備。七段式顯示器可顯示簡單的數值，而點陣式裝置則能呈現文字或基本圖形。.

採購團隊不應僅憑顯示器的尺寸和顏色來選定產品。以下細節將決定其相容性：

• 共陽極或共陰極配置
• 節段的數量與排列方式
• 正向電壓與段電流
• 顏色與主波長
• 光通量
• 多工要求
• 針腳佈局
• 可視角度
• 字高與機械尺寸
• 工作溫度
• 驅動程式相容性

從正面看來完全相同的顯示器，其引腳排列或內部連接方式可能有所不同。在核准替代方案之前，先索取設計圖與最新技術資料表，可避免 PCB 和韌體方面的問題。.

光電元件的快速比較

元件	主要功能	重要的選型參數
LED	產生可見光或紅外線	波長、電流、強度、角度
雷射二極體	產生高強度相干光	波長、光功率、閾值電流
光二極體	以高速偵測光線	靈敏度、暗電流、頻寬
光電晶體管	透過內部增益偵測光線	靈敏度、切換時間、暗電流
光耦合器	將訊號傳輸至隔離端	CTR 或資料傳輸速率、隔離、輸出類型
紅外線發射器與接收器	發送及偵測紅外線訊號	光譜匹配、強度、靈敏度
環境光感測器	與光相關的措施	量程、解析度、介面、光譜響應
光電阻	會隨光線變化而產生電阻	明暗感應靈敏度、反應時間
光電開關	偵測到動作或障礙物	插槽、感測距離、輸出、速度
顯示	呈現可見資訊	配置、接腳配置、亮度、尺寸

結論

光電類別涵蓋發光元件與偵測元件，以及利用光線來隔離、感測、傳輸或顯示資訊的整合式裝置。選對正確的類型僅僅是第一步，完整的製造商零件編號、光學特性、電氣規格、封裝形式、溫度範圍及應用需求也必須相符。.

在採購光電元件時，請提供製造商、完整的零件編號、所需數量、封裝型式、目標應用、工作溫度，以及任何關於波長、速度、隔離度或文件的要求。.

Duolink Electronics 是一家獨立的電子元件供應商，提供零件編號查詢、物料清單（BOM）採購、庫存可得性查詢，以及難尋元件的採購服務。採購人員可以 聯絡 Duolink Electronics 連同其技術及採購詳情一併提交以供審閱。.

常見問題

何謂光電元件？

光電元件用於產生、偵測、控制或轉換光。常見的例子包括 LED、光電二極體、光電晶體、光耦合器、光學感測器、光電開關以及顯示器。.

光電晶體管能取代光電二極體嗎？

通常不會省略電路檢討。光電晶體雖具有內建電流增益，但反應速度通常較慢，且線性度較差。光電二極體可能需要搭配獨立的放大器，但更適合用於快速或精密的光學偵測。.

PC817 和 6N137 光耦合器可以互相替換嗎？

不。PC817 型元件通常具有光電晶體輸出，而 6N137 型元件則採用高速邏輯檢測器。兩者的引腳排列、供電需求、切換速度及輸出電路均有所不同。.

為什麼紅外線發射器必須與接收器的波長相匹配？

接收器的靈敏度會隨光譜範圍而變化。將發射器的峰值波長與接收器的光譜響應相匹配，可提升訊號強度、偵測範圍及雜訊餘量。.

光電元件的報價請求書應包含哪些資訊？

請提供完整的製造商零件編號、製造商名稱、數量、包裝規格、所需波長或顏色、溫度等級、光學與電氣規格、目標應用、包裝偏好，以及文件需求。.

兩個具有相同封裝的光電元件可以互為替代品嗎？

相同的封裝並不代表功能相容。請比較引腳配置、波長、電氣規格、光輸出或靈敏度、響應時間、介面、溫度範圍以及認證狀態。在使用替代品之前，應先取得工程部門的核准。.