【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， （ a） 圖為硅光敏二極管 ， （ b） 圖為硅光敏三極管 。 光敏三極管的光電流比相同管型的光敏二極管的光電流大上百倍 。在零偏壓時(shí) ， 二極管仍有光電流輸出 ， 三極管則沒有 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 00 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 81 2 0 0 l x1 0 0 0 l x8 0 0 l x6 0 0 l x4 0 0 l x2 0 0 l x反 向 電 壓 / V( a )光電流/mA01 0 2 0 3 0 4 0 5 02468500lx400lx300lx200lx100lx集 電 極 發(fā) 射 極 電 壓 / V光電流/mA（ b )第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 37 3) 光照特性 光照特性反映集電極輸出電流 IC和照度 EC之間的關(guān)系 。 三極管的光照特性曲線線性不太好 ,在大電流時(shí)有飽和現(xiàn)象 。 光電二極管在反向偏壓的作用下 ,光照特性曲線有良好的線性 。 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 00 . 0 10 . 0 20 . 0 30 . 0 4照 度 / l x光電流/mA( a )5 0 0 1 0 0 051 0照 度 / l x光電流/mA( b ) 硅光敏管的光照特性（ a）硅光敏二極管；（ b）硅光敏三極管 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 38 4) 溫度特性 溫度對(duì)光電管暗電流和光電流的影響 ,如圖所示 。從圖可見 ,溫度變化對(duì)光電流的影響很小 ,而對(duì)暗電流影響很大 。 02 55 01 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 00 C暗電流/mA01 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0光電流/mA8 01 0 02 0 03 0 04 0 0 0 C第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 39 5) 頻率響應(yīng) (特性 )和時(shí)間常數(shù) 光電管的頻率響應(yīng)是指一定頻率的調(diào)制光照射時(shí) ,光電管輸出的光電流 (或負(fù)載上的電壓 )隨頻率的變化關(guān)系 。 光電管的頻率響應(yīng)與其物理結(jié)構(gòu) 、 工作狀態(tài) 、 負(fù)載以及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān) 。 硅光電三極管的頻率響應(yīng)曲線 100806040200 1 10 100調(diào)制光頻率 / k H z相對(duì)靈敏度 / %1 0 0 k ?1 0 k ?RL＝ 1 k ?第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 40 光電管的時(shí)間常數(shù) :在 1010~104 s之間 ,硅管時(shí)間常數(shù)較小 ,響應(yīng)頻率高。有些特殊用途的光電管 ,如硅 PIN光電二極管其響應(yīng)頻率高達(dá)幾百兆赫茲 ,暗電流小到 1nA。 PSi NSi ISi 硅 PIN管光電二極管 : 特點(diǎn)： 頻帶寬，可達(dá) 10GHz。在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。 不足： I層電阻很大，輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 41 工作電壓很高 ，約 100～ 200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此， APD有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。響應(yīng)速度特別快， 帶寬可達(dá)100GHz，是目前 響應(yīng)速度最快的一種光電二極管 。在 光通信中應(yīng)用前景廣闊。 缺點(diǎn)：噪聲大 ?雪崩光電二極管 (APD) : 光+ +P＋環(huán)形電極 ( － )N＋( ＋ )P－ － －光照 → 光生載流子 → 強(qiáng)電場(chǎng)加速 → 與其它原子碰撞產(chǎn)生二次電子空穴 → 雪崩放大 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 42 硅 PIN 光電二極管 硅光電二極管 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 43 幾種硅（鍺）光電三極管的特性參數(shù) 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 44 五、光電池 原理：基于光生伏特效應(yīng) P N+++___m AV光 照+—LR光電池有 較大面積的 PN結(jié) ，當(dāng)光照到 PN結(jié)區(qū)時(shí)，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子 空穴對(duì)，在 N區(qū)聚積負(fù)電荷， P區(qū)聚積正電荷，這樣 N區(qū)和 P區(qū)之間出現(xiàn) 光生電動(dòng)勢(shì) 。 + 光 P N － SiO2 RL 光電池 可把太陽(yáng)能直接變電能，又稱為太陽(yáng)能電池 ,是發(fā)電式有源元件 . 下電極 梳狀電極 SiO2抗反射膜 P N 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 45 種類： 硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等 ?硅光電池價(jià)格便宜， 轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光 。 ?硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、壽命短， 適于接收可見光 (響應(yīng)峰值波長(zhǎng) )，最適宜制造照度計(jì)，常用于分析儀器、測(cè)量?jī)x表。 ?砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽(yáng)光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它 在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 46 SeSi Ge0 . 4 0 . 8 1 1 . 5 2波長(zhǎng) ?? / ?? m相對(duì)靈敏度 / %501000光電池特性 硒光電池適用于可見光，常用于分析儀器、測(cè)量?jī)x表。如用照度計(jì)測(cè)定光的強(qiáng)度。 硅光電池的光譜峰值在 800nm附近，硒的在540nm附近。 1）光譜特性： 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 47 0 . 30 . 20 . 1120 . 60 . 40 . 202022 4000照度 ? / l x光電流?/mA光生電壓? / V0 2)光照特性 ①不同光照射下有不同光電流和光生電動(dòng)勢(shì)。②短路電流在很大范圍內(nèi)與光強(qiáng)成線性關(guān)系。 ③開路電壓與光強(qiáng)是非線性的，且在 2022 lx時(shí)趨于飽和。④光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它作為電流源的形式來(lái)使用，不宜用作電壓源，且負(fù)載電阻越小越好。 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 48 硅光電池光照特性與負(fù)載的關(guān)系 2 . 01 . 00 200 400 600 800 10001. 7 ?100 ?200 ?5 00 ?1 0 00 ?照度 / lx光電流 / mA光電池負(fù)載越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，而且線性范圍越寬。負(fù)載在100 以下，線性還是比較好的，負(fù)載電阻太大，則線性變壞 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 49 3) 頻率特性 光電池的頻率特性是指輸出電流隨 調(diào)制光頻率 變化的關(guān)系 , 反映光的交變頻率和光電池輸出電流的關(guān)系。硅光電池有很高的頻率響應(yīng)，可用于高速記數(shù)、有聲電影等方面 100806040200 1500 3000 4500 600021f / H zIr / %硅光電池 硒光電池 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 50 Uo c / m V Is c / m AUoc Isc6004002000 30 60204060T / ℃904) 溫度特性 主要描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。 開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快。短路電流隨溫度升高而變化緩慢 ,。因此作測(cè)量元件時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)行溫補(bǔ)。 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 51 幾種硅光電池的性能參數(shù) 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用 52 光電池外形 第 8章 光電式傳感器及其應(yīng)用