【正文】 性和晶體三極管集電極特性相比較，其形狀類似，只是光電器件的光電流是由輸入光功率控制而晶體三極管是由基極電流控制。這表明，可以采用與晶體管放大器相類似的方法對(duì)恒流型光電器件進(jìn)行分析和計(jì)算。 計(jì)算光電二極管輸入電路的圖解法 a) 基本電路 b) 圖解法計(jì)算 LR16 對(duì)于這種簡(jiǎn)單電路可列出回路方程 或 式中， U(I)是非線性函數(shù)。上式可利用圖解法進(jìn)行計(jì)算。如圖 b，在伏安特性上劃出負(fù)載線 UbIRL，它是斜率為 1/RL，通過 U＝ Ub點(diǎn)的直線，與縱軸交于 Ub/RL點(diǎn)上。由于串聯(lián)回路中流過各回路元件的電流相等，負(fù)載線和對(duì)應(yīng)于輸入光通量為 Φo時(shí)的器件伏安特性曲線的交點(diǎn) Q即為輸入電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)輸入光通量由 Φo改變 +ΔΦ（或 ΔΦ）時(shí)，在負(fù)載電阻 RL上會(huì)產(chǎn)生 Δ U（或 +Δ U）的電壓信號(hào)輸出和 +Δ I（或 Δ I）的電流信號(hào)輸出。 Lb IRIUU ?? )(Lb IRUIU ??)(17 上述圖解法特別適用于大信號(hào)狀態(tài)下的電路分析。例如在大信號(hào)檢測(cè)情況下可以定性地看到輸出信號(hào)的波形畸變。在用作光電開關(guān)的情況下可以借助圖解法合理地選擇電路參數(shù)使之能可靠的動(dòng)作，同時(shí)保證不使器件超過其最大工作電流、最大工作電壓和最大耗散功率。 a) 負(fù)載電阻影響 在圖 a中，當(dāng)偏置電壓 Ub不變時(shí)，對(duì)于同樣的輸入光通量 Φo177。 ΔΦ，負(fù)載電阻 RL的減小會(huì)增大輸出信號(hào)電流而使輸出電壓減小。但 RL的減小會(huì)受到最大工作電流和功耗的限制。為了提高輸出信號(hào)電壓應(yīng)增大 RL ，但過大的 RL會(huì)使負(fù)載線越過特性曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) M進(jìn)入非線性區(qū)，而在這個(gè)范圍內(nèi)光電靈敏度 S=Δl/ΔΦ不再是常數(shù)，這會(huì)使輸出信號(hào)的波形發(fā)生畸變。 18 另一方面，在圖 b中，對(duì)應(yīng)于相同的 RL值，當(dāng)偏置電壓 Ub增大時(shí)輸出信號(hào)電壓的幅度也隨之增大，并且線性度得到改善。但電路的功耗隨之加大，并且過大的偏置電壓會(huì)引起光電二極管的反向擊穿。利用圖解法確定輸入電路的負(fù)載電阻 RL和反向偏壓 Ub值時(shí)，應(yīng)根據(jù)輸入光通量的變化范圍和輸出信號(hào)的幅度要求使負(fù)載線稍高于轉(zhuǎn)折點(diǎn) M，以便得到不失真的最大電壓輸出，同時(shí)保證 Umax不大于器件的最大工作電壓 b) 偏置電壓的影響 19 解析計(jì)算法 利用如圖所示的折線化伏安特性。它是實(shí)際非線性伏安特性的分段折線化，近似畫法視伏安特性形狀而異。通常是在轉(zhuǎn)折點(diǎn) M處將曲線分作兩個(gè)區(qū)域。在圖 a的情況下是作直線與原曲線相切；在圖 b情況下是過轉(zhuǎn)折點(diǎn) M和原點(diǎn) o連線，得到折線化特性的非線性部分，再用一組平行的直線分別和實(shí)際曲線的恒流部分逼近，得到折線的線性工作部分。 20 折線化伏安特性可用下列參數(shù)確定： a）轉(zhuǎn)折電壓 ：對(duì)應(yīng)于曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn) M處的電壓值。 b）初始電導(dǎo) ：非線性區(qū)近似直線的初始斜率。 c）結(jié)間漏電導(dǎo) G：線性區(qū)內(nèi)各平行直線的平均斜率。 d）光電靈敏度 S：?jiǎn)挝惠斎牍夤β仕鸬墓怆娏髦怠ＴO(shè)輸入光功率為 P，對(duì)應(yīng)的光電流為 ，則有 S＝ /P 式中的光功率 P可以是光通量 Φ，也可以是光照度 E。光通量和照度之間的關(guān)系為 Φ＝ AE 式中， A—— 光敏面受光面積。 0U0GpIpI21 利用折線化的伏安特性，可將線性區(qū)內(nèi)任意 Q點(diǎn)處的電流值 I表示為兩個(gè)電流分量的組合：即與二極管端電壓 U成正比，由結(jié)間漏電導(dǎo)形成的無光照電流（暗電流） Id和與端電壓無關(guān)僅取決于輸入光功率的光電流 Ip。因此，在線性區(qū)內(nèi)的伏安特性可以解析地表示為 當(dāng)輸入光通量在確定的工作點(diǎn)附近作微量變化時(shí)，只需對(duì)上式作全微分即可得到微變等效方程為 式中， g= 是微變等效漏電導(dǎo)， s= 是微變光電靈敏度， 它們是伏安特性的微變參數(shù)。 ??????? SGUIIUfI pd),(????????????? dsdUgdIdUUIdIUI?????I22 在輸入光通量變化范圍 Φmin～ Φmax為已知的條件下，用解析法計(jì)算輸入電路的工作狀態(tài)可按下列步驟進(jìn)行。 1）確定線性工作區(qū)域 由對(duì)應(yīng)最大輸入光通最 Φmax的伏安 曲線彎曲處即可確定轉(zhuǎn)折點(diǎn) M。相應(yīng)的轉(zhuǎn) 折電壓 或初始電導(dǎo)值 可由圖 a中圖示 關(guān)系決定。在線段 MN上有關(guān)系 由此可解得 或 上式給出了折線化伏安特性四個(gè)基本參數(shù) 、 、 G和 S間的關(guān)系。 m a x000 ??? SGUUG0U 0G)/( 0m a x0 GGSU ???0m a x0 / USGG ???0U 0G用解析法計(jì)算輸入電路 a) 確定線性區(qū) b) 計(jì)算輸出信號(hào) 23 2）計(jì)算負(fù)載電阻和偏置電壓 為保證最大線性輸出條件，負(fù)載線和與 Φmax對(duì)應(yīng)的伏安曲線的交點(diǎn)不能低于轉(zhuǎn)折點(diǎn) M。設(shè)負(fù) 載線通過 M點(diǎn)，此時(shí)由右圖 a中的圖示關(guān) 系可得 當(dāng)已知 時(shí)，可計(jì)算出負(fù)載電導(dǎo)（阻） （ ）為 當(dāng) ＝ 1/ 已知時(shí)，可計(jì)算偏置電源 電壓 為 000 )( UGGUU Lb ??LG LR)/( 000 UUUGG bL ???)(/)( 00m a x GGGGGSU LLb ????用解析法計(jì)算輸入電路 a) 確定線性區(qū) b) 計(jì)算輸出信號(hào) bU]/)/1(/[ 0m a x0m a x GSGGUS b ?????LR LGbU24 3）計(jì)算輸出電壓幅度 由圖 b，當(dāng)輸入光通量由 Φmin變化到 Φmax時(shí)，輸出電壓幅度為 Δ U＝ Umax ，其中 Umax和 可 由圖中 M和 H點(diǎn)的電流值計(jì)算得到 在 H點(diǎn)： 在 M點(diǎn)： 解上二式得 所以 上式表明輸出電壓幅度與輸入光通量的增量和光電靈敏度成正 比，與結(jié)間漏電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)成反比。 )/()/()( m i nm a xLLGGSGGSU????????????0Um i nm a xm a x )( ???? SGUUUG bL0Um a x00 )( ???? SGUUUG bL)/()()/()(m a x0m i nm a xLbLLbLGGSUGUGGSUGU????????25 4）計(jì)算輸出電流幅度 由圖 b，輸出電流幅度為： 可得 通常 G，上式可簡(jiǎn)化為 5）計(jì)算輸出電功率 由功率關(guān)系 P=Δ IΔ U可得 22 )]/([)( LLL GGSGUGP ??????LUGIII ????? m i nm a x)/1/()( m i nm a x LL GGSUGI ?????????LG????????? SSI )( m i nm a x26 光伏型光電器件輸入電路的靜態(tài)計(jì)算 光伏型光電器件的伏安特性是一組以入射光功率為參量的曲線組，分布在伏安坐標(biāo)系的第四象限。由于器件的端電壓 U和電流 I的方向相反，對(duì)外電路形成電勢(shì)，所以具有賦能元件的性質(zhì)，可對(duì)負(fù)載供電。有這種伏安特性的光電器件包