第十一章 光電轉(zhuǎn)換器件

新疆工程學(xué)院第十一章光電轉(zhuǎn)換器件讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理4知識目標(biāo)1技能目標(biāo)2光敏電阻3光敏電阻的分類5讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的分類9光敏電阻的外形6光敏電阻的主要參數(shù)7光電二極管8光電二極管的外形10讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的檢測14光電二極管的主要參數(shù)11光電二極管的作用12光電二極管的識別13光電三極管15讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的作用19光電三極管的分類16光電三極管的外形17光電三極管的主要參數(shù)18光電三極管的識別20讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電耦合器的主要參數(shù)24光電三極管的檢測21光電耦合器22光電耦合器的分類23光電耦合器的識別25光電耦合器的檢測26知識目標(biāo)學(xué)習(xí)光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電耦合器種類及工作原理掌握常見的光電轉(zhuǎn)換器件的電路符號、基本用途和主要特點(diǎn)讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！技能目標(biāo)掌握光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電耦合器的識別技能，能正確檢測光敏電阻、光電二極管和光電三極管學(xué)習(xí)和掌握光電二極管、光電三極管、光電耦合器的基本應(yīng)用讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻圖形符號：文字符號：R主要作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種特殊電阻器件，它的阻值隨入射光的強(qiáng)弱二變化，入射光增強(qiáng)，電阻值減小；入射光減弱，電阻值增大。利用這一特性，將光敏電阻器用于光的檢測、光的測量、光的控制，將光的變化量轉(zhuǎn)換為電的變化量。常用的制作材料有硫化鎘、硒、硫化鋁和硫化鉍等材料。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理

光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價帶躍升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電阻和價帶中的空穴二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。光敏電阻工作機(jī)理較復(fù)雜，但結(jié)構(gòu)卻十分簡單，只是在一塊勻質(zhì)的光電導(dǎo)體兩端加上電極即成。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻的分類紫外光敏電阻器

對紫外線較敏感，主要用于紫外線的檢測。紅外光敏電阻器

對紅外光線比較敏感，廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、醫(yī)療、通信等，如導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜、紅外通信等。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！可見光光敏電阻器

主要用于各種儀器設(shè)備的光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)、航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機(jī)械上的自動保護(hù)裝置和位置檢測器，照相機(jī)自動曝光系統(tǒng)，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻的外形讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光敏電阻的主要參數(shù)光電流、亮電阻

光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。暗電流、暗電阻光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流，外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！靈敏度

靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。光譜響應(yīng)

光譜響應(yīng)即光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光照特性光照特性指光敏電阻輸出的電信號，隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。溫度系數(shù)

光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！額定功率

是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時，其消耗的功率就降低。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管圖形符號：文字符號：VD主要作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但是，在電路中不是用它作整流元件，而是通過它把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。普通二極管在反向電壓作用下處于截止?fàn)顟B(tài)，光電二極管是在反向電壓作用下工作的。光電二極管的分類按結(jié)構(gòu)類型分PN結(jié)型、PIN結(jié)型、雪崩型、肖特基結(jié)型

（用的最多的是硅材料PN結(jié)型光電二極管）按封裝形式分

透明塑封光電二極管、金屬殼封裝光電二極管、樹脂封裝光電二極管等讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的外形

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的主要參數(shù)開關(guān)時間

由于電荷的存儲效應(yīng)，PIN管的通斷和斷通都需要一個過程，這個過程所需時間。隔離度

開關(guān)在斷開時其衰減也非無窮大，稱為隔離度。插入損耗

開關(guān)在導(dǎo)通時衰減不為零，稱為插入損耗。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！承受功率

在給定的工作條件下，微波開關(guān)能夠承受的最大輸入功率。電壓駐波系數(shù)

僅反映端口輸入，輸出匹配情況，視頻泄漏。諧波PIN二極管也具有非線性，因而會產(chǎn)生諧波，PIN開關(guān)在寬帶應(yīng)用場合，諧波可能落在使用頻帶內(nèi)引起干擾。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！開關(guān)分類

反射式和吸收式，吸收式開關(guān)的性能較反射式開關(guān)優(yōu)良。控制方式

采用TTL信號控制，‘1’通‘0’斷。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的作用

光電二極管的作用是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在光控紅外遙控、光探測、光纖通信和光電耦合等方面有廣泛應(yīng)用。光敏二極管在應(yīng)用電路中的兩種工作狀態(tài)：一種是光敏二極管施加有外部反向電壓，當(dāng)光敏二極管加上方向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光控

光電二極管可以作用光控開關(guān)，光電二極管VD1因接反向電壓而截止，晶體管VT1、VT2因無基極電流也截止，繼電器處于釋放狀態(tài)。當(dāng)有光線照射光電二極管VD1時，VD1從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，使VT1、VT2相繼導(dǎo)通，繼電器K吸合，接通被控電路，電路圖如下圖所示。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光信號接收

光電二極管可以用作接受光信號，光信號由光電二極管VD接受，經(jīng)VT放大后通過耦合電容C輸出，下圖為光信號放大電路。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光轉(zhuǎn)換光電二極管可以用作紅外光到可見光的轉(zhuǎn)換。紅外光信號由光電二極管VD1接受，經(jīng)晶體管VT1、VT2放大后，驅(qū)動發(fā)光二極管VD2發(fā)出可見光。電路如下圖所示。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的識別光電二極管的型號

國產(chǎn)光電二極管主要有2CU系列（N型硅光電二極管），2DU系列（P型硅光電二極管）和PIN系列（PIN結(jié)型硅光電二極管）等。光電二極管的極性

光電二極管兩引腳有正、負(fù)極之分，靠近管色標(biāo)的是正極，另一腳是負(fù)極；引腳較長的是正極，較短的是負(fù)極。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電二極管的檢測檢測PN結(jié)

萬用表置于“R×1K”檔,黑表筆接光電二極管正極，紅表筆接負(fù)極，測其正向電阻，顯示值應(yīng)為10-20K。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！檢測光電性能

在檢測PN結(jié)的基礎(chǔ)上，對調(diào)萬用表兩表筆，即紅表筆接光電二極管的正極，黑表筆接負(fù)極。然后用一遮光物將光電二極管的透明窗口遮住，這時測得沒有光照情況下的反向電阻，應(yīng)為無窮大。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！移去黑制片，使光電二極管的透明窗口朝向光源（自然光、手電筒等），這時表針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)至幾千歐。表針偏轉(zhuǎn)越大，說明光電二極管靈敏度越高。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管圖形符號：文字符號：VT主要作用：將光信號轉(zhuǎn)換成電信號重要特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并具有信號放大功能

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

光電三極管是在光電二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光電元件。和晶體三極管相似，光電三極管也是具有兩個PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，所不同的是其基極受光信號的控制。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的分類按導(dǎo)電極性分NPN型、PNP型按結(jié)構(gòu)類型分普通光電三極管、復(fù)合型（達(dá)林頓型）光電三極管讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的外形讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的主要參數(shù)最高工作電壓

最高工作電壓Uceo是指在無光照、集電極漏電流不超過規(guī)定值（約0.5uA）時，光電三極管允許加的最高工作電壓，一般為10~50V，使用中不要超過此范圍。光電流

光電流是指在受到一定光照時光電三極管的集電極電流，通?？蛇_(dá)幾毫安。光電流越大，光電三極管的靈敏度越高。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！最高工作電壓

最大允許功耗PCM是指光電三極管在不損壞的前提下所能承受的最大集電極耗散功率。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的作用

光電三極管的主要作用是光控。由于光電三極管本省具有放大作用，給使用帶來了很大方便。如下圖所示為光控開關(guān)電路，可以把光電二極管VD、電阻R和三極管VT1由光電三極管來替換，由于光控器件采用了光電三極管，因此該電路比使用光電二極管的電路要簡化許多。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管等效讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光控開關(guān)電路光電三極管的識別光電三極管的命名方法

光電三極管的型號命名方法與晶體三極管相同，普遍使用的是3DU系列NPN型硅光電三極管。光電三極管的引腳

由于光電三極管的基極即為光照窗口，因此大多

數(shù)光電三極管只有發(fā)射極e和集電極c兩只引腳，基極

無引出線。光電三極管的外形與光電二極管幾乎一樣。也有部分光電三極管的基極b有引腳，常作溫度補(bǔ)償、用。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電三極管的檢測光電三極管的檢測將萬用表置于“R×1K”檔，以檢測NPN型光電三極管為例。

黑表筆（表內(nèi)電池正極）接發(fā)射極e，紅表筆接集電極c，此時光電三極管所加電壓為反向電壓，萬用表指示的阻值為無窮大。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

用黑表筆將光電三極管窗口遮住，對調(diào)兩表筆再測，此時雖然所加為正向電壓，但因光電三極管的基極無光照，光電三極管仍無電流，其阻值接近為無窮大。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

保持紅表筆接發(fā)射極e、黑表筆接集電極c，然后撤去黑紙片，使光電三極管窗口朝向光源，這時，表針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)到1kΩ左右。表針偏轉(zhuǎn)越大，說明光電三極管靈敏度越高。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！區(qū)別光電二極管與光電三極管由于光電二極管與光電三極管外形幾乎一樣，上述檢測也可用來區(qū)別它們。遮住窗口測兩引腳間的正、反向電阻，阻值較小的是光電二極管，兩阻值均為無窮大的為光電三極管。讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的器件。光電耦合器（光耦）是一種光電轉(zhuǎn)換器件，把發(fā)

光器件（一般為發(fā)光二極管）和光敏器件封裝在一起，通過光的耦合構(gòu)成光電一體器件，實(shí)現(xiàn)光信號與電信號的轉(zhuǎn)換，應(yīng)用于需要隔離的控制和信號傳遞電路中。

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！圖形符號

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！

讓信念堅(jiān)持下去，夢想就能實(shí)現(xiàn)！光電耦合器的分類按內(nèi)部電路分

光電二極管、光電三極管、光敏電阻型、光控達(dá)林頓型、光控晶閘管型，集成電路型、光電二極管、半導(dǎo)體管型按輸出形式分普通型、線性輸出型、高速輸出型、雙路輸出型、組合輸出型讓信念堅(jiān)持下去，夢想就