【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 。 光電池的示意圖 硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示 。 它是在一塊 N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些 P型雜質(zhì) (如硼 )形成 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)電位差 。 若將 PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來 ， 電路中有電流流過 ， 電流的方向由 P區(qū)流經(jīng)外電路至 N區(qū) 。 若將外電路斷開 ， 就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì) 。 1. 光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光電池的結(jié)構(gòu)圖 I 光 (b) 光電池的工作原理示意圖 P N 光電池的表示符號(hào) 、 基本電路及等效電路如圖所示 。 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 圖 光電池符號(hào)和基本工作電路 三、光敏二極管和光敏三極管 光電二極管和光電池一樣 ， 其 基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè) PN結(jié) 。 它和光電池相比 ， 重要的不同點(diǎn)是 結(jié)面積小 ， 因此它的頻率特性特別好 。 光生電勢(shì)與光電池相同 ， 但輸出電流普遍比光電池小 ， 一般為幾 μA到幾十 μA。 按材料分 ， 光電二極管有硅 、 砷化鎵 、 銻化銦光電二極管等許多種 。 按結(jié)構(gòu)分 ， 有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分 。 其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管 。 國產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為 2CU和 2DU兩種系列。 2CU系列以 NSi為襯底， 2DU系列以 PSi為襯底。 2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而 2DU系列光電二極管有三條引線。 1. 光敏二極管 光敏二極管符號(hào)如圖 。 鍺光敏二極管有 A， B， C， D四類；硅光敏二極管有 2CU1A～ D系列 、 2DU1～ 4系列 。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似 、 它裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結(jié)裝在管頂 ， 可直接受到光照射 。光敏二極管在電路中一般是處于 反向工作狀態(tài) ， 如圖所示 。 P N 光 光敏二極管符號(hào) RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小。反向電流也叫做 暗電流 ．當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流； 受光照射時(shí)， PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，從而使 P區(qū)和 N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 N區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入 P區(qū)，從而使通過 PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流 。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。 2. 光敏三極管 光敏三極管有 PNP型和 NPN型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發(fā)射極一邊做的很大 ,以擴(kuò)大光的照射面積 ,且其基極不接引線。當(dāng)集電極加上正電壓 ,基極開路時(shí) ,集電極處于反向偏置狀態(tài)。 當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí) ,會(huì)產(chǎn)生電子 空穴對(duì) ,在內(nèi)電場(chǎng)的作用下 ,光生電子被拉到集電極 ,基區(qū)留下空穴 ,使基極與發(fā)射極間的電壓升高 ,這樣便有大量的電子流向集電極 ,形成輸出電流 ,且集電極電流為光電流的 β倍。 P P N N N P e b b c RL E e c 光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng) 。 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí) ， 相對(duì)靈敏度要下降 。 因?yàn)楣庾幽芰刻?， 不足以激發(fā)電子空穴對(duì) 。 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí) ， 相對(duì)靈敏度也下降 ， 這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收 ， 并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá) PN結(jié) ， 因而使相對(duì)靈敏度下降 。 （ 1）光譜特性 相對(duì)靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。 4000 8000 12022 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長(zhǎng)為 9000197。，鍺的峰值波長(zhǎng)為 15000197。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。故在可見光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí) ， 一般選用硅管；但對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)時(shí) ,則采用鍺管較合適 。 0 500lx 1000lx 1500lx 2022lx 2500lx I/mA 2 4 6 20 40 60 80 光敏晶體管的伏安特性 （ 2）伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示 。 光敏三極管在不同的照度下的伏安特性 ， 就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣 。 因此 ， 只要將入射光照在發(fā)射極 e與基極 b之間的 PN結(jié)附近 ， 所產(chǎn)生的光電流看作基極電流 ， 就可將光敏三極管看作一般的晶體管 。 光敏三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào) ， 而且輸出的電信號(hào)較大 。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 600 800 1000 0 （ 3）光照特性 光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關(guān)系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。當(dāng)光照足夠大 (幾 klx)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。 暗電流 /mA 光電流 /mA 10 20 30 40 50 60 70 T /186。C 25 0 50 100 0 200 300 400 10 20 30 40 50 60 70 80 T/186。C 光敏晶體管的溫度特性 （ 4）溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。 （ 5）光敏三極管的頻率特性 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示 。 光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響 ， 減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng) 。 一般來說 ， 光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差 。 對(duì)于鍺管 ， 入射光的調(diào)制頻率要求在 5kHz以下 。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好 。 0 100 1000 500 5000 10000 20 40 60 100 80 RL =1kΩ RL =10kΩ RL =100kΩ 入射光調(diào)制頻率 / HZ 相對(duì)靈敏度/% 圖 一、光敏電阻開關(guān)電路 光電轉(zhuǎn)換電路 二、二極管和三極管的基本電路 光電傳感器應(yīng)用 光電式帶材跑偏儀由光電式模擬傳感器和晶體管放大器兩部分組成。 光電式邊緣位置傳感器由白熾燈光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電器件組成，其結(jié)構(gòu)如圖 l0． 30所示。 白幟燈 l所發(fā)出的光經(jīng)過雙凸透鏡 2會(huì)聚，然后由半透反射鏡 3反射使光路折轉(zhuǎn)