第8章光電式12光敏二極管ppt課件

1、 8.1.2 光敏二極管和光敏晶體管 1. 結(jié)構(gòu)原理 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)裝在管的頂部，可以直接受到光照射見(jiàn)圖8-7）。 光敏二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和符號(hào) NP光 光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài) 。圖 8-8 光敏二極管接線(xiàn)圖 RLE 在沒(méi)有光照射時(shí)： 反向電阻很大， 反向電流很小， 這時(shí)反向電流稱(chēng)為暗電流。 當(dāng)光照射在當(dāng)光照射在 PN 結(jié)上，結(jié)上， 光子打在光子打在PN結(jié)附近，結(jié)附近， 使使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)，穴對(duì)， 它們?cè)谒鼈冊(cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。向運(yùn)

2、動(dòng)，形成光電流。 光的照度越大，光電流越大。 結(jié)論： 光敏二極管在不受光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)， 受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 光敏晶體管與一般晶體管很相似，光敏晶體管與一般晶體管很相似， 具有兩個(gè)具有兩個(gè)PN結(jié)，如圖結(jié)，如圖8-9a所示，所示， 只是它的發(fā)射極一邊做得很大，以只是它的發(fā)射極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。擴(kuò)大光的照射面積。 NPN型光敏晶體管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和基本電路 NPc光Nebbec(a)(b)RLE 光敏晶體管接線(xiàn)如圖8-9b所示，大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引出線(xiàn)， 當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電結(jié)就是反向偏壓。 當(dāng)光照射在集電結(jié)時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，

3、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，這樣便會(huì)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倍，所以光敏晶體管有放大作用。 光敏晶體管的光電靈敏度比光敏二極管高得多， 但在需要高增益或大電流輸出的場(chǎng)合，需采用達(dá)林頓光敏管。 圖圖8-10是達(dá)林頓光敏管的等效電路。是達(dá)林頓光敏管的等效電路。ce 它是一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)晶體管以共集電極連接方式構(gòu)成的集成器件。 由于增加了一級(jí)電流放大，所以輸出電流能力大大加強(qiáng)， 甚至可以不必經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大，便可直接驅(qū)動(dòng)靈敏繼電器。 但由于無(wú)光照時(shí)的暗電流也增大，因此適合于開(kāi)關(guān)狀態(tài)或位式信號(hào)的光電變換。 2. 基本特性 (

4、1) 光譜特性 在一定照度時(shí)，輸出的光電流或用相對(duì)靈敏度表示與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系。 硅和鍺光敏二晶體極管的光譜特性曲線(xiàn)如圖8-11所示。光敏二極(晶體)管的光譜特性10080604020041028102121021610220102入射光鍺硅 / nmS / (%) 硅的峰值波長(zhǎng)約為0.9m，鍺的峰值波長(zhǎng)約為1.5m， 此時(shí)靈敏度最大， 而當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增長(zhǎng)或縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度都會(huì)下降。 鍺管的暗電流較大，因此性能較差，故在可見(jiàn)光或探測(cè)熾熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。 但對(duì)紅外光的探測(cè)，用鍺管較為適宜。 (2) 伏安特性 圖8-12a為硅光敏二極管的伏安特性，橫坐標(biāo)表示所加的反向偏壓。0.100

5、.080.060.040.02I / mA1200 1x1000 1x800 1x600 1x400 1x200 1x0 10 20 30 40 50108642010 20 30 40 50500 1x400 1x300 1x200 1x100 1xI / mA反 向 電 壓 / V集 電 極 發(fā) 射 極 電 壓 / V(a)(b) 當(dāng)光照時(shí)，反向電流隨著光照強(qiáng)度的增大而增大， 在不同的照度下，伏安特性曲線(xiàn)幾乎平行，所以只要沒(méi)達(dá)到飽和值，它的輸出實(shí)際上不受偏壓大小的影響。 圖8-12b為硅光敏晶體管的伏安特性。 縱坐標(biāo)為光電流， 橫坐標(biāo)為集電極發(fā)射極電壓。 0.100.080.060.040

6、.02I / mA1200 1x1000 1x800 1x600 1x400 1x200 1x0 10 20 30 40 50108642010 20 30 40 50500 1x400 1x300 1x200 1x100 1xI / mA反 向 電 壓 / V集 電 極 發(fā) 射 極 電 壓 / V(a )(b ) 由于晶體管的放大作用，在同樣照度下，其光電流比相應(yīng)的二極管大上百倍。 （3） 頻率特性 光敏管輸出的光電流或相對(duì)靈敏度隨頻率變化的關(guān)系。 光敏二極管的頻率特性是半導(dǎo)體光電器件中最好的一種，普通光敏二極管頻率響應(yīng)時(shí)間達(dá)10s。 光敏晶體管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響， 圖8-13為光敏晶體管頻率特性。 光敏晶體管的頻率特性 100806040200110100100 k10 kRL1 kS / (%)f / kHz 減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)范圍， 但輸出電壓響應(yīng)也減小。 (4) 溫度特性 光敏管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。 光敏晶體管的溫度特性曲線(xiàn)如圖8-14所示。 光敏晶體管的溫度特性100255020 30 40 50 60 7010 20 30 40 50 60 70 80100200300400溫 度 / 暗 電 流 / mA光 電 流 / A溫 度 / (a)(b) 溫度變化對(duì)光電流影響很小(圖(b)， 而對(duì)暗電流影響很大(