【正文】 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 。對于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在 5kHz以下。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)。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(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會導(dǎo)致輸出誤差。C 25 0 50 100 0 200 300 400 10 20 30 40 50 60 70 80 T/186。當(dāng)光照足夠大 (幾 klx)時(shí)，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。它給出了光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關(guān)系。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。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。故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時(shí) ， 一般選用硅管；但對紅外線進(jìn)行探測時(shí) ,則采用鍺管較合適 。鍺的峰值波長為 15000197。 （ 1）光譜特性 相對靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。因?yàn)楣庾幽芰刻。蛔阋约ぐl(fā)電子空穴對。 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。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)。 2. 光敏三極管 光敏三極管有 PNP型和 NPN型兩種，如圖。由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)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(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無法使用。這種管子響應(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。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。 這種管子 工作電壓很高 ，約 100～ 200V，接近于反向擊穿電壓。目前有將 PIN管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。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(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。 PSi NSi ISi PIN管結(jié)構(gòu)示意圖 最大特點(diǎn)：頻帶寬，可達(dá) 10GHz。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。 （ 1） PIN管結(jié)光電二極管 PIN管是光電二極管中的一種。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。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。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。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。 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。 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。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。 光生電勢與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾 μA到幾十 μA。C ISC UOC ISC / μA 600 400 200 UOC—— 開路電壓 ISC —— 短路電流 硅光電池在 1000lx照度下的溫度特性曲線 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) 。由圖可見，開路電壓與短路電流均隨溫度而變化，它將關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器設(shè)備的溫度漂移，影響到測量或控制精度等主要指標(biāo)，因此，當(dāng)光電池作為測量元件時(shí)，最好能保持溫度恒定，或采取溫度補(bǔ)償措施。由圖可知，硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)，如曲線 2，而硒光電池則較差，如曲線 1。由于光電池 PN結(jié)面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。 1—— 硒光電池 2—— 硅光電池 (3) 頻率特性 光電池作為測量、計(jì)數(shù)、接收元件時(shí)常用調(diào)制光輸入。從曲線可看出，硒光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在 540nm附近，適宜測可見光。從圖中可以看出，負(fù)載電阻 RL越小，光電流與強(qiáng)度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。光電池在不同照度下，其內(nèi)阻也不同，因而應(yīng)選取適當(dāng)?shù)耐饨迂?fù)載近似地滿足“短路”條件。 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 圖 光電池符號和基本工作電路 L/klx L/klx 5 4 3 2 1 0 2 4 6 8 10 開路電壓 Uoc /V 0 1 2 3 4 5 Uoc/V Isc /mA Isc/mA (a) 硅光電池 (b)硒光電池 （ 1）光照特性 開路電壓曲線：光生電動(dòng)勢與照度之間的特性曲線，當(dāng)照度為 2021lx時(shí)趨向飽和。若將外電路斷開，就可測出光生電動(dòng)勢。 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，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 。 光電池的示意圖 硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。 ?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 )，最適宜制造照度計(jì)。目前 ,應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。 命名方式： 把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。C 二、光電池 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件 。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。例如，可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低。硫化鎘的光電流 I和溫度 T的關(guān)系如圖所示。 （ 7）溫度特性 其性能 (靈敏度、暗電阻 )受溫度的影響較大。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)。但在人為地加溫、光照及加負(fù)載情況下，經(jīng)一至二周的老化，性能可達(dá)穩(wěn)定。 硫化鉛 硫化鎘 （ 6）穩(wěn)定性 圖中曲線 2分別表示兩種型