【正文】 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 RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒有光照射時，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，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，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時只有少數(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， PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子 空穴對，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)電場的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入 N區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入 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，所以適合檢測等方面的應(yīng)用。 （ 1） PIN管結(jié)光電二極管 PIN管是光電二極管中的一種。它的結(jié)構(gòu)特點是，在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對）很厚的本征半導(dǎo)體。這樣， PN結(jié)的內(nèi)電場就基本上全集中于 I 層中，從而使 PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式 τ = CjRL與 f = 1/2πτ知， Cj小， τ則小，頻帶將變寬。 PSi NSi ISi PIN管結(jié)構(gòu)示意圖 最大特點：頻帶寬，可達 10GHz。另一個特點是，因為 I層很厚，在反偏壓下運用可承受較高的反向電壓，線性輸出范圍寬。由耗盡層寬度與外加電壓的關(guān)系可知，增加反向偏壓會使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進一步減小，使頻帶寬度變寬。 不足： I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點幾微安至數(shù)微安。目前有將 PIN管與前置運算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個管殼內(nèi)的商品出售。 （ 2） 雪崩光電二極管 (APD) 雪崩光電二極管是利用 PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種二極管。 這種管子 工作電壓很高 ，約 100～ 200V，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場極強， 光生電子在這種強電場中可得到極大的加速 ，同時與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時， 電流增益可達 106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)速度特別快， 帶寬可達100GHz，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個主要缺點。由于雪崩反應(yīng)是隨機的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無法使用。但由于 APD的響應(yīng)時間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。 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 ,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 ,會產(chǎn)生電子 空穴對 ,在內(nèi)電場的作用下 ,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最佳靈敏度的峰值波長。當(dāng)入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降。因為光子能量太小，不足以激發(fā)電子空穴對。當(dāng)入射光的波長縮短時，相對靈敏度也下降，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)的電子空穴對不能到達 PN結(jié)，因而使相對靈敏度下降。 （ 1）光譜特性 相對靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。 4000 8000 12021 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長為 9000197。，鍺的峰值波長為 15000197。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時 ， 一般選用硅管；但對紅外線進行探測時 ,則采用鍺管較合適 。 0 500lx 1000lx 1500lx 2021lx 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變成電信號，而且輸出的電信號較大。 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，會出現(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，溫度變化對光電流的影響很小，而對暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對暗電流進行溫度補償，否則將會導(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載電阻的影響，減小負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 相對靈敏度/% 圖