光电效应和光电器件

1、概述概述指纹锁指纹锁门禁门禁光光电电鼠鼠标标概述光电开关概述光栅光栅光纤光纤光电管光电管光敏电阻光敏电阻光电效应 传统的光敏器件利用各种光电效应，传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分为：光电效应可分为： 外光电效应外光电效应 内光电效应内光电效应 光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应 在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。光电效应。 光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：光子具有的能量是： EhhJ S 普朗克常数普朗克常数( ) 光的频率（光的频率（Hz）

2、，波长短，频率高，能量），波长短，频率高，能量大 如果光子的能量如果光子的能量E E大于电子的逸出功大于电子的逸出功A A，超出的，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。产生光电子发射。 能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。于物体表面的电子逸出功。 2012EhmvA由能量守恒定律有：由能量守恒定律有：u光电导效应：光电导效应：入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。这种效应几乎所有高电阻这种效应几乎所有高电

3、阻率半导体都有，为使电子从率半导体都有，为使电子从价带激发到导带，入射光子价带激发到导带，入射光子的能量的能量E E0 0应大于禁带宽度应大于禁带宽度EgEg。基于光电导效应的光电器件基于光电导效应的光电器件有有光敏电阻光敏电阻。u光生伏特效应：光生伏特效应：光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PNPN结上产生电动势的效应。结上产生电动势的效应。为什么为什么PNPN结会因光照产生光生伏特效应呢？结会因光照产生光生伏特效应呢？有下面两种情况：有下面两种情况： 当光照射在当光照射在PNPN结时，如果电子能量大于半导体禁带结时，如果电子能量大于半导体禁带 宽度

4、（宽度（E0 E0 EgEg）, ,可激发出电子可激发出电子空穴对，在空穴对，在 PNPN结内电场作用下空穴移向结内电场作用下空穴移向P P区，而电子移向区，而电子移向N N区，区， 使使P P区和区和N N区之间产生电压，区之间产生电压， 这个电压就是光生电动势这个电压就是光生电动势. . 基于这种效应的器件有基于这种效应的器件有 处于反偏的处于反偏的PNPN结：结： 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；无光照时，反向电阻很大，反向电流很小； 有光照时，光子能量足够大产生光生电子有光照时，光子能量足够大产生光生电子空穴对，空穴对， 在在PNPN结电场作用下，形成光电流，结电场作用下，形成光

5、电流， 电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。 具有这种性能的器件有：具有这种性能的器件有： 光敏二极管、光敏晶体管光敏二极管、光敏晶体管. . 在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。如光电管、光电倍增管如光电管、光电倍增管: 在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。如光敏电阻等属于这类光电器件。 在光线作用下能使物体产生一定方向的电动在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等势的现象。如光电池、光敏晶体管等下

6、一页返 回4.1.1 光电管光电管4.1.2 光电倍增管光电倍增管4.1.3 光敏电阻光敏电阻4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管4.1.5 光电池光电池4.1.6 光电式传感器的应用光电式传感器的应用上一页下一页返 回上一页下一页返 回当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。子流，在外电路中便产生了电流。真空光电管的伏安特性真空光电管的伏安特性 充气光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管充气光电管: 构造

7、和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高.所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差 上一页下一页返 回 光照很弱时，光电管产生光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。如核常常使用光电倍增管。如核仪器中闪烁探测器都使用的仪器中闪烁探测器都使用的是光电倍增管做光电转换元是光电倍增管做光电转换元件。件。 光电倍增管是利用二次电光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电

8、子撞击子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。将光电流在管内进行放大。 光电倍增管的光阴极和阳极之间被加了许多光电倍增管的光阴极和阳极之间被加了许多倍增极（倍增极（1010个左右），在阳极和阴极之间加有几个左右），在阳极和阴极之间加有几百上千伏的高压，每个倍增极间有百上千伏的高压，每个倍增极间有100100200V200V高压，电流增益在高压，电流增益在105105数量极。数量极。 倍增极外加电压倍增极外加电压UdUd与增益与增益G G的关系近似为：的关系近似为：式中：式中： 常数常数 光电倍增管倍增极数光电倍增管倍增极数 NdGKUKN

9、上式可见，外加电压上式可见，外加电压UdUd的变化引起光电倍增管增的变化引起光电倍增管增益的变化，因此对供给光电倍增管的工作电源电益的变化，因此对供给光电倍增管的工作电源电压要求较高，必须有极好的稳定性。压要求较高，必须有极好的稳定性。 另外，为减少光电倍增管受温度影响，在核探另外，为减少光电倍增管受温度影响，在核探测技术中测技术中“稳谱稳谱”是一个重要内容，与光电倍增是一个重要内容，与光电倍增管的指标、参数密切相关。管的指标、参数密切相关。/(/)ddG GNUU增益变化为：增益变化为： 在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增

10、管：放大光电流光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极组成：光电阴极+若干倍增极若干倍增极+阳极阳极 上一页下一页返 回l光电阴极光电倍增极阳极光电阴极光电倍增极阳极倍增极上涂有倍增极上涂有Sb-Cs或或Ag-Mg等光敏材料，并等光敏材料，并且电位逐级升高且电位逐级升高 阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射二次电子发射 二次电子发射系数二次电子发射系数 =二次发射电子数入射电子数二次发射电子数入射电子数若倍增极有若倍增极有n，则倍增率为，则倍增率为n上一页下一页返 回1. 光敏电阻的工作原理及结构光敏电阻的工作原理及结构2光敏电阻的主要参数光

11、敏电阻的主要参数3光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性上一页下一页返 回 光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。膜。 光敏电阻结构及符号光敏电阻结构及符号 光敏电阻光照特性光敏电阻光照特性 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值； 有光照时，电阻值随光强增加而降低；有光照时，电阻值随光强增加而降低； 光照停止时，自由电子

12、与空穴复合，电阻恢复原值光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。光敏电阻主要参数光敏电阻主要参数 暗电阻暗电阻无光照时的电阻；无光照时的电阻； 暗电流暗电流无光照时的电流；无光照时的电流； 亮电阻、亮电流亮电阻、亮电流受光照时的阻值、电流；受光照时的阻值、电流； 光电流光电流亮电流与暗电流之差称亮电流亮电流与暗电流之差称亮电流 。光电器件光电器件 （3 3）光敏电阻）光敏电阻当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中电流很小很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减少，电流迅速增加急剧减少，电流迅速增加上一页下一

13、页返 回1.玻璃玻璃 2.光电导层光电导层 3.电极电极 4.绝缘衬底绝缘衬底 5.金属壳金属壳 6.黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃 7.引线引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。上一页下一页返 回半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。灵敏度高，光谱特性好，光谱

14、响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定而且体积小、重量轻、性能稳定 梳状电极梳状电极 上一页下一页返 回（1）暗电阻和暗电流）暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。流，称为暗电流。 （2）亮电阻）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 （3）光电流）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。亮电流与暗电流之差

15、，称为光电流。上一页下一页返 回（1）伏安特性伏安特性 （2）光照特性光照特性（3）光谱特性光谱特性（4）响应时间和频率特性响应时间和频率特性（5）温度特性温度特性上一页下一页返 回 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面

16、积以及散热条件等因素有关。耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。上一页下一页返 回l光敏电阻的光电流与光强之间的关系光敏电阻的光电流与光强之间的关系 由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。 上一页下一页返 回l光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回硫化镉（硫化镉（CdSCdS）0.30.30.8(m)0.8(m)硫化铅（硫化铅（PbSPbS）1.01.03.5(m)3

17、.5(m)锑化铟（锑化铟（InSbInSb）1.01.07.3(m)7.3(m)l光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。光的变化，在时间上有一个滞后。l通常用响应时间通常用响应时间t表示。表示。 上一页下一页返 回l不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，所以它们的频率特性也就不尽相同。所以它们的频率特性也就不尽相同。 上一页下一页返 回l光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。它的暗电阻和灵敏度都下降。 硫化镉光敏电阻的温度特性硫化

18、镉光敏电阻的温度特性 121212%100)(CRTTRR温度系数温度系数: 在一定光照下，温度每变化在一定光照下，温度每变化1，光敏电阻阻值的平均变化率光敏电阻阻值的平均变化率 上一页下一页返 回l随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此，随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。硫化铅光敏电阻的光谱温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性 上一页下一页返 回半导体内光电元件内光电导效应光敏电阻在声、光控开关中的应用光敏电阻在声、光控开关中的应用 光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。光敏晶

19、体管工作原理主要基于光生伏特效应。 特点：响应速度快、频率响应好、灵敏度高、特点：响应速度快、频率响应好、灵敏度高、 可靠性高可靠性高; ; 广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、自动报警、自动计数等领域和装置。自动报警、自动计数等领域和装置。 光敏二极管结构与一光敏二极管结构与一般二极管相似，它们都般二极管相似，它们都有一个有一个P PN N结，并且都结，并且都是单向导电的非线性元是单向导电的非线性元件。为了提高转换效率件。为了提高转换效率大面积受光，大面积受光，PNPN结面积结面积比一般二极管大。比一般二极管大。硅光敏二极管结构硅光敏二极管

20、结构 工作原理：工作原理： 光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态， 无光照时，反向电阻很大，无光照时，反向电阻很大， 反向电流很小；反向电流很小； 有光照时，有光照时，PNPN结处产生光生结处产生光生 电子空穴对；电子空穴对； 在电场作用下形成光电流，在电场作用下形成光电流， 光照越强光电流越大；光照越强光电流越大； 光电流方向与反向电流一致光电流方向与反向电流一致。 光敏二极管基本电路光敏二极管基本电路 v 基本特性：基本特性： 光照特性，光照特性， 图是硅光敏二极管在小图是硅光敏二极管在小 负载电阻下的光照特性。负载电阻下的光照特性。 光电流与照度

21、成线性关系。光电流与照度成线性关系。 光敏二极管光照特性光敏二极管光照特性 光谱特性，光谱特性， 当入射波长当入射波长900nm900nm时，响应下降，因波长长，时，响应下降，因波长长， 光子能量小于禁带宽度，不产生电子光子能量小于禁带宽度，不产生电子空穴对；空穴对； 当入射波长当入射波长900nm900nm时，响应也逐渐下降，波长短时，响应也逐渐下降，波长短 的光穿透深度小，使光电流减小。的光穿透深度小，使光电流减小。硅光敏二极管光谱响应硅光敏二极管光谱响应 光敏晶极管光谱响应光敏晶极管光谱响应 光敏二极管伏光敏二极管伏安特性安特性 伏安特性伏安特性当反向偏压较低时，光当反向偏压较低时，光电

22、流随电压变化比较敏电流随电压变化比较敏感，随反向偏压的加大，感，随反向偏压的加大，光生电流趋于饱和，这光生电流趋于饱和，这时光生电流与所加偏压时光生电流与所加偏压几乎无关，只取决于光几乎无关，只取决于光照强度。照强度。 温度特性，温度特性，由于反向饱和电流与温由于反向饱和电流与温度密切有关，因此光敏度密切有关，因此光敏二极管的暗电流对温度二极管的暗电流对温度变化很敏感。变化很敏感。 光敏二极管暗电流与温度关系光敏二极管暗电流与温度关系 频率响应频率响应: :光敏管的频率响应是指光敏光敏管的频率响应是指光敏管输出的光电流随频率的变管输出的光电流随频率的变化关系。光敏管的频响与本化关系。光敏管的频

23、响与本身的物理结构、工作状态、身的物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素负载以及入射光波长等因素有关。图光敏二极管频率响有关。图光敏二极管频率响应曲线说明调制频率高于应曲线说明调制频率高于1000Hz1000Hz时，硅光敏晶体管灵时，硅光敏晶体管灵敏度急剧下降。敏度急剧下降。光敏二极管频率响应曲线 与普通晶体管不同的是，与普通晶体管不同的是，光敏晶体管是将基极光敏晶体管是将基极集电极集电极结作为光敏二极管，集电结做结作为光敏二极管，集电结做受光结，另外发射极的尺寸做受光结，另外发射极的尺寸做的很大，以扩大光照面积。的很大，以扩大光照面积。 大多数光敏晶体管的基极大多数光敏晶体管的基极无引

24、线，集电结加反偏。玻璃无引线，集电结加反偏。玻璃封装上有个小孔，让光照射到封装上有个小孔，让光照射到基区。基区。光敏晶极管结构光敏晶极管结构 硅（硅（SiSi）光敏晶体极管一般都是）光敏晶体极管一般都是NPNNPN结构，光照射结构，光照射在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被拉向在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极之间的电压升高，这样，发射极便有大量电子经基极之间的电压升高，这样，发射极便有大量电子经基极流向集电极，形成三极管输出电流，使晶体管具有电流向集电极，形成三极管输出电流，使晶体管

25、具有电流增益。在负载电阻流增益。在负载电阻RLRL上的上的输出电压为：输出电压为： 0pLViR晶体管电流放大系数晶体管电流放大系数 光敏晶体管具有放大作用，伏安特性曲线光敏晶体管具有放大作用，伏安特性曲线如图所示如图所示光敏晶体管等效电路光敏晶体管等效电路 光敏晶体管伏安特性光敏晶体管伏安特性 光敏晶体管的光谱特性光敏晶体管的光谱特性 硅材料的光敏管峰值波长在硅材料的光敏管峰值波长在0.9m0.9m附近（可见光）附近（可见光） 灵敏度最大；灵敏度最大； 可见光或探测赤热状可见光或探测赤热状物体时一般都用硅管物体时一般都用硅管 锗管的峰值波长约为锗管的峰值波长约为1.5m1.5m（红外光）（红

26、外光） 对红外进行探测时用对红外进行探测时用锗管较适宜。锗管较适宜。 光敏晶体管光谱特性 半导体内光电元件内光电导效应 光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。制等。 光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等电池、砷化镓、氧化铜等等。光光电电池池符符号号太阳能手机充电器太阳能手机充电器太阳能供LED电警示

27、太阳能电池 结构：光电池实质是一个大面积结构：光电池实质是一个大面积PNPN结，上电极为栅结，上电极为栅状受光电极，下电极是一层衬底铝。状受光电极，下电极是一层衬底铝。 原理：当光照射原理：当光照射PNPN结的一个面时，电子结的一个面时，电子空穴对空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般可产生的电动势。一般可产生0.2V0.2V0.6V0.6V电压电压50mA50mA电流。电流。 光电池结构光电池结构 光电池工作原理图光电池工作原理图 光照特性光照特性开路电压，光生电动势与照度之间关系称开开路电压，光生电动势与照度之间关系

28、称开路电压曲线，开路电压与光照度关系是非线路电压曲线，开路电压与光照度关系是非线性关系，在照度性关系，在照度2000lx2000lx下趋于饱和。下趋于饱和。短路电流，短路电流与照度之间关系称短路短路电流，短路电流与照度之间关系称短路电流曲线曲线，短路电流是指外接负载电流曲线曲线，短路电流是指外接负载RLRL相相对内阻很小时的光电流。对内阻很小时的光电流。 光电池光照特性光电池光照特性 光电池光照与负载的关系光电池光照与负载的关系 光电池作为测量元件使用时，一般不做电压源光电池作为测量元件使用时，一般不做电压源使用，而作为电流源的形式应用。使用，而作为电流源的形式应用。 光谱特性光谱特性 光电池

29、对不同波长的光灵敏光电池对不同波长的光灵敏度不同，度不同，硅光电池的光谱响应峰值在硅光电池的光谱响应峰值在0.8m0.8m附近，波长范围附近，波长范围0.40.41.2m1.2m。硅光电池可在很宽的。硅光电池可在很宽的波长范围内应用。波长范围内应用。 硒光电池光谱响应峰值在硒光电池光谱响应峰值在0.5m0.5m附近附近, , 波波 长范围长范围0.380.380.75m0.75m。光光电池电池谱特性谱特性频率特性频率特性 频率特性指光电池相对频率特性指光电池相对 输出电流与光的调制频输出电流与光的调制频 率之间关系。率之间关系。硅、硒光电池的频率特硅、硒光电池的频率特 性不同，硅光电池频率性不

30、同，硅光电池频率 响应较好硒光电池较差。响应较好硒光电池较差。所以高速计数器的转换所以高速计数器的转换 一般采用硅光电池作为一般采用硅光电池作为 传感器元件。传感器元件。 硅、硒光电池的频率特性硅、硒光电池的频率特性 温度特性温度特性v 电路连接电路连接光电池作为控制元件时通常接非线性负载，光电池作为控制元件时通常接非线性负载，控制晶体管工作。控制晶体管工作。光电池作为电源使用时，根据使用要求进行光电池作为电源使用时，根据使用要求进行连接。连接。 需要高电压时应将光电池串联使用；需要高电压时应将光电池串联使用； 需要大电流时应将光电池并联使用。需要大电流时应将光电池并联使用。 硅管的发射结导通

31、电压为硅管的发射结导通电压为0.6V0.6V0.7V0.7V，光电池的，光电池的 0.5V0.5V电压起不到控制作用，可将两个光电池串联电压起不到控制作用，可将两个光电池串联 后接入基极，或用偏压电阻产生附加电压。后接入基极，或用偏压电阻产生附加电压。 有光照度变化时，引起基极电流有光照度变化时，引起基极电流IbIb变化，集电极变化，集电极 电流发生电流发生倍的变化。电流倍的变化。电流IcIc与光照近似线性关系与光照近似线性关系。光电池电路连接光电池电路连接 光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。 特点：响应速度快、频率响应好、灵敏度高、特点：响应速度

32、快、频率响应好、灵敏度高、 可靠性高可靠性高; ; 广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、自动报警、自动计数等领域和装置。自动报警、自动计数等领域和装置。 半导体内光电元件内光生伏特效应l1 工作原理工作原理l2 基本特性基本特性上一页下一页返 回l结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在电路中一般是处于反向工作状态的在电路中一般是处于反向工作状态的 光敏二极管光敏二极管上一页下一页返 回l与一般晶体管很相似，具有两个与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加

33、以放大。号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。 上一页下一页返 回（1）光谱特性）光谱特性 （2）伏安特性）伏安特性（3）光照特性）光照特性（4）温度特性）温度特性（5）频率响应）频率响应上一页下一页返 回l入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降 硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性 可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。 上一页下一页返 回上一页下一页返 回硅光敏管的伏安特性硅光敏管的伏安特性 硅光敏管的光

34、照特性硅光敏管的光照特性 光敏二极管的光照特性曲线的线性较好光敏二极管的光照特性曲线的线性较好 上一页下一页返 回l其暗电流及光电流与温度的关系其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。上一页下一页返 回l具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流光电流(或负载上的电压或负载上的电压)随频率的变化关系随频率的变化关系 硅光敏晶体管的频率响应硅光敏晶体管的频率响应 上一页下一页返 回l有光线作用下实质上就是电源，电路中有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外

35、加电源。有了这种器件就不再需要外加电源。 1. 工作原理工作原理2基本特性基本特性上一页下一页返 回l直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的面积的pn结。当光照射到结。当光照射到pn结上时，便在结上时，便在pn结的两端产生电动势结的两端产生电动势(p区为正，区为正，n区为负区为负) 。l用导线将用导线将pn结两端用导线连接起来，就有电流结两端用导线连接起来，就有电流流过，电流的方向由流过，电流的方向由P区流经外电路至区流经外电路至n区。若区。若将电路断开，就可以测出光生电动势。将电路断开，就可以测出光生电动势。上一页下一页返 回(1) 光谱特性光

36、谱特性(2) 光照特性光照特性(3) 频率响应频率响应 (4) 温度特性温度特性 (5) 稳定性稳定性上一页下一页返 回l光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回l不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。 短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的光电池作为测量元件使用时，应把它当作电流源的形式来使用光电池作为测量元件使用时，应把它当作电流源的形式来使用 上一页下一页返 回l外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下外接负载电阻相对于它

37、的内阻来说很小情况下的电流值。的电流值。 负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽 上一页下一页返 回l指输出电流随调制光频率变化的关系指输出电流随调制光频率变化的关系 硅光电池具有较高的频率响应硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换用于高速计数的光电转换 上一页下一页返 回l开路电压和短路电流随温度变化的关系。开路电压和短路电流随温度变化的关系。l关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标测量精度或控制精度等重要指标 硅光电池的温度特性硅

38、光电池的温度特性(照度照度1000lx)上一页下一页返 回l当光电池密封良好、电极引线可靠、应当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的用合理时，光电池的性能是相当稳定的 硅光电池的性能比硒光电池更稳定硅光电池的性能比硒光电池更稳定 l影响性能和寿命因素影响性能和寿命因素：光电池的材料及制造工艺光电池的材料及制造工艺使用环境条件使用环境条件 上一页下一页返 回，高速光电二极管，响应时，高速光电二极管，响应时间达间达1nS1nS，适用于遥控装置。，适用于遥控装置。具有高速响应和放大功能，具有高速响应和放大功能，高电流增益，可有效读取微弱光线，用于高电流增益，可有效读取微

39、弱光线，用于0.8m0.8m范围的光纤通信、光磁盘受光元件装置。范围的光纤通信、光磁盘受光元件装置。光光光激可控硅），由入射光线触光激可控硅），由入射光线触发导通的可控硅元件。发导通的可控硅元件。达林顿光电三极管达林顿光电三极管（光电复合晶体管），光电复合晶体管），输入是光电三极管，输出是普通晶体管，输入是光电三极管，输出是普通晶体管，增益大，增益大，I=IgI1I2 I=IgI1I2 。光敏场效应晶体管光敏场效应晶体管，具有灵敏度高、线性具有灵敏度高、线性动态范围大、光谱响应范围宽、输出阻抗动态范围大、光谱响应范围宽、输出阻抗低、体积小等优点。广泛用于对微弱信号低、体积小等优点。广泛用于对微

40、弱信号和紫外光的检测。和紫外光的检测。半导体色敏传感器半导体色敏传感器，可直接测量从可见光可直接测量从可见光到红外波段的单色辐射波长到红外波段的单色辐射波长。又称光电隔离器又称光电隔离器 “ “光耦光耦”器件由发光元件和接收光敏元件（光敏电器件由发光元件和接收光敏元件（光敏电阻、光敏二极管、晶体管等）集成在一起，发光阻、光敏二极管、晶体管等）集成在一起，发光管辐射可见光或红外光，受光器件在光辐射作用管辐射可见光或红外光，受光器件在光辐射作用下控制输出电流大小。通过电下控制输出电流大小。通过电光、光光、光电，电，两次转换进行输入输出耦合。两次转换进行输入输出耦合。 “ “光耦光耦”集成器件的特点：输入输出完全隔离，集成器件的特点：输入输出完全隔离，有独立的输入输出抗，器件有很强的抗干扰能有独立的输入输出抗，器件有很强的抗干扰能力和隔离性能可避免振动、噪声干扰。力和隔离性能可避免振动、噪声干扰。 特别适宜做数字电路特别适宜做数字电路 开关信号传输、逻辑开关信号传输、逻辑 电路隔离器、计算机