光生伏特器件

光生伏特器件第一页，共九十六页，2022年，8月28日利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件，也称结型光电器件。

光生伏特效应是基于两种材料相接触形成内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒的两边，从而形成了光生电动势。光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应，而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。第二页，共九十六页，2022年，8月28日结型光电器件与光电导器件的区别：（1）产生光电变换的部位不同（2）光敏电阻没有极性，而结型光电器件有确定的正负极性（3）光敏电阻驰豫时间较大，结型器件驰豫时间相应较小，因此响应速度较快（4）有些结型光电器件灵敏较高，可以通过较大的电流第三页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程在热平衡条件下，由于p-n结中漂移电流等于扩散电流，净电流为零。如果有外加电压时结内平衡被破坏，这时流过p-n结的电流方为：第四页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理1、p-n结电流方程代表正向电流，方向从p端经过p-n结指向n端，它与外电压有关，时它将迅速增大；时等于零，即平衡状态，时它趋向于零。

第二项

代表反向饱和电流，它的方向与正向电流方向相反，它随反向偏压的增大而增大，渐渐趋向饱和值，故称反向饱和电流，也是温度的函数，即随温度升高有所增大。第五页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结

当光照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区激发电子-空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺着电场运动，电子逆着电场运动，在开路状态，最后在n区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生电压UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生电压将永远存在。(1)p-n结光电效应和两种工作模式第六页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结

如果工作在零偏置的开路状态，p-n结光电器件产生光生伏特效应，这种工作原理称光伏工作模式。(1)p-n结光电效应和两种工作模式

如果工作在反偏置状态，无光照时电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化，这种工作原理称光电导工作模式。第七页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程

一种是光激发产生的电子-空穴对在内建电场作用下，形成的光生电流，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流相同。

另一种是光生电流流过负载电阻产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生正向电流。第八页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程为结电容，表示串联电阻，为p-n结漏电阻，又称动态电阻或结电阻。流过p-n结的总电流为：其中，第九页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程流过p-n结的总电流为：光生电流与光照有关，并随光照的增大而增大，因此有第十页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程

当负载电阻断开（IL=0）时，p端对n端的电压称为开路电压，用UOC表示

一般情况，，所以UOC表示在一定温度下，开路电压与光电流的对数成正比，也可以说与照度或光通量的对数成正比。第十一页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程这时p-n结光电器件的短路电流与照度或光通量成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛应用。

当负载电阻短路，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短路电流，用ISC表示，其方向从p-n结内部看从n区指向p区

第十二页，共九十六页，2022年，8月28日一、光生伏特器件的基本工作原理2、光照下的p-n结(2)光照下p-n结的电流方程第十三页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池光电池是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电能的p-n结光电器件。按光电池的用途可分为两类：即太阳能光电池和测量光电池光电池的基本结构就是一个p-n结，由于制作p-n结的材料不同，目前有硒光电池、硅光电池、砷化镓光电池和锗光电池。第十四页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池1、硅光电池的基本结构硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是以p型硅为衬底(即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等)，然后在衬底上扩散磷而形成n型层并将其作为受光面。构成p-n结后，再经过各种工艺处理，分别在衬底和光敏面上制作输出电极，涂上二氧化硅做保护膜，即成光电池。

第十五页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池2、硅光电池的工作原理硅光电池的工作原理是光照中p-n结开路状态时的物理过程，它的主要功能是在不加偏置电压情况下将光信号转换成电信号。

硅光电池的电流方程为第十六页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池3、硅光电池的输出功率负载获得的功率为

功率与负载电阻的阻值有关，当（电路为短路）时，输出功率；当（电路为开路）时，，输出功率；时，输出功率。当负载电阻为最佳负载电阻时，输出电压

此时，输出电流

得到硅光电池的最佳负载电阻为

负载电阻所获得的最大功率为

第十七页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池3、硅光电池的特性参数（1）伏安特性

硅光电池的伏安特性，表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。伏安特性曲线是在某一光照下，取不同的负载电阻所测得的输出电流和电压画成的曲线。第十八页，共九十六页，2022年，8月28日二、硅光电池（1）伏安特性

3、硅光电池的特性参数第十九页，共九十六页，2022年，8月28日（2）光照特性

3、硅光电池的特性参数L/klx

L/klx

5432100.10.20.30.40.5246810开路电压Uoc

/V0.10.20.30.4

0.50.30.1012345Uoc/VIsc

/mAIsc/mA(a)硅光电池(b)硒光电池开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线；短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线开路电压短路电流短路电流第二十页，共九十六页，2022年，8月28日短路电流，指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的。光电池在不同照度下，其内阻也不同，因而应选取适当的外接负载近似地满足“短路”条件。下图表示硒光电池在不同负载电阻时的光照特性。从图中可以看出，负载电阻RL越小，光电流与强度的线性关系越好，且线性范围越宽。02468100.10.20.30.40.5I/mAL/klx

50Ω100Ω1000Ω5000ΩRL=0（2）光照特性

3、硅光电池的特性参数第二十一页，共九十六页，2022年，8月28日204060801000.40.60.81.01.20.2I/%12λ/μm

光电池的光谱特性决定于材料。硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。1——硒光电池2——硅光电池（3）光谱特性

3、硅光电池的特性参数第二十二页，共九十六页，2022年，8月28日

光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。图示为光电池的频率响应曲线。硅光电池具有较高的频率响应;而硒光电池则较差。204060801000I/%1234512f/kHz1——硒光电池2——硅光电池（4）频率特性

3、硅光电池的特性参数第二十三页，共九十六页，2022年，8月28日光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。2004060904060UOC/mVT/ºCISCUOCISC

/μA600400200UOC——开路电压ISC——短路电流硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线（5）温度特性

3、硅光电池的特性参数第二十四页，共九十六页，2022年，8月28日三、硅光电二极管光电二极管通常在反偏置条件下工作，即光电导工作模式。优点是可以减小光生载流子渡越时间及结电容，可获得较宽的线性输出和较高的响应频率。制作光电二极管的材料很多，有硅、锗、砷化镓、碲化铅等，在可见光区应用最多的是硅光电二极管。第二十五页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管的工作原理硅光电二极管工作在光电导工作模式。在无光照时，若给p-n结加上一个适当的反向电压，流过p-n结的电流称反向饱和电流或暗电流。三、硅光电二极管当硅光电二极管被光照时，则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。光照越强，光电流就越大。第二十六页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管的工作原理硅光电二极管可分为以P型硅为衬底的2DU型与以N型硅为衬底的2CU型两种结构形式。三、硅光电二极管第二十七页，共九十六页，2022年，8月28日2、硅光电二极管的电流方程在无光照时，PN结硅光电二极管的伏安特性曲线与普通PN结二极管的特性一样，其电流方程为三、硅光电二极管反向偏置时，ID和U均为负值且>>时的电流，称为反向电流或暗电流。

第二十八页，共九十六页，2022年，8月28日2、硅光电二极管的电流方程三、硅光电二极管当有光照射光电二极管时，光生电流为，其方向为反向。光电二极管的全电流方程为

式中η为光电材料的光电转换效率，α为材料对光的吸收系数。

第二十九页，共九十六页，2022年，8月28日波长的光辐射作用于光电二极管时，定义其电流灵敏度为入射到光敏面上辐射量的变化（例如通量变化dΦ）引起电流变化dI与辐射量变化之比3、光电二极管的特性参数电流随光辐射的变化是线性的。三、硅光电二极管（1）光电二极管的灵敏度

第三十页，共九十六页，2022年，8月28日用不同波长的光照射光电二极管时，电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（2）光谱响应

典型硅光电二极管光谱响应长波限为1.1μm左右，短波限0.4μm，峰值响应波长为0.9μm左右。第三十一页，共九十六页，2022年，8月28日光电二极管的时间响应（频率响应）主要由载流子的渡越时间和RC时间常数决定。3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（3）时间响应

（1）载流子的渡越时间

①漂移时间：在p-n结区内光生载流子渡越结区的时间②扩散时间：在p-n结外产生的光生载流子扩散到结区内所需要的时间。第三十二页，共九十六页，2022年，8月28日影响光电二极管时间响应的主要因素是扩散时间，为了减少扩散时间，如何扩展p-n结的结区？3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（3）时间响应

（1）增大反向偏压，使RC时间常数增大；（2）从p-n结的结构设计方面考虑，在不使偏压增大的情况下，使耗尽层扩展到整个p-n结器件。第三十三页，共九十六页，2022年，8月28日3、光电二极管的特性参数三、硅光电二极管（4）噪声

光电二极管的噪声包含低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声InT等3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管的主要噪声，低频噪声和热噪声为其次要因素。

光电二极管的电流应包括暗电流Id、信号电流Is和背景辐射引起的背景光电流Ib，因此散粒噪声应为

第三十四页，共九十六页，2022年，8月28日四、硅光电三极管（光电晶体管）

硅光电三极管与普通晶体三极管相似——具有电流放大作用，只是它的集电极电流不只受基极电流控制，还受光的控制。所以硅光电三极管的外型有光窗。管型分为pnp型和npn型两种，npn型称3DU型硅光电三极管，pnp型称为3CU型硅光电三极管。

1、光电三极管的结构和工作原理第三十五页，共九十六页，2022年，8月28日1、光电三极管的结构和工作原理四、硅光电三极管（光电晶体管）

工作时要保证集电极反偏，发射极正偏。

当基极没有引线时，集电极电流为

第三十六页，共九十六页，2022年，8月28日1、光电三极管的结构和工作原理四、硅光电三极管（光电晶体管）光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。光电转换部分是在集-基结区内进行，而集电极、基极、发射极构成了一个有放大作用的晶体管。第三十七页，共九十六页，2022年，8月28日1、光电三极管的结构和工作原理四、硅光电三极管（光电晶体管）第三十八页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第三十九页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

①在相同照度下，硅光电三极管的光电流比二极管的大得多，一般硅光电三极管的光电流在毫安量级，硅光电二极管的光电流在微安量级；第四十页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

光电二极管伏安特性曲线400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第四十一页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

②在零偏压时硅光电二极管仍然有光电流输出，而硅光电三极管没有光电流输出；第四十二页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

光电二极管伏安特性曲线400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第四十三页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

③当工作电压较低时输出的光电流为非线性，即光电流与偏压有关，但硅光电三极管的非线性较严重；第四十四页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

光电二极管伏安特性曲线400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第四十五页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

③当工作电压较低时输出的光电流为非线性，即光电流与偏压有关，但硅光电三极管的非线性较严重；②在零偏压时硅光电二极管仍然有光电流输出，而硅光电三极管没有光电流输出；①在相同照度下，硅光电三极管的光电流比二极管的大得多；第四十六页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

光电二极管伏安特性曲线400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第四十七页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

④在一定偏压下，硅光电三极管的伏安特性曲线在低照度时较均匀，在高照度时曲线向上倾斜，虽然光电二极管也有，但硅光电三极管严重得多。第四十八页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（1）伏安特性

④在一定偏压下，硅光电三极管的伏安特性曲线在低照度时较均匀，在高照度时曲线向上倾斜，虽然光电二极管也有，但硅光电三极管严重得多。③当工作电压较低时输出的光电流为非线性，即光电流与偏压有关，但硅光电三极管的非线性较严重；②在零偏压时硅光电二极管仍然有光电流输出，而硅光电三极管没有光电流输出；①在相同照度下，硅光电三极管的光电流比二极管的大得多；第四十九页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（2）时间响应（频率特性）

硅光电二极管的频率特性主要决定于光生载流子的渡越时间、负载电阻和结电容的乘积。化简对于调制频率的入射光，输出电压为第五十页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（2）时间响应（频率特性）

要改善光电二极管的频率响应，就要较小时间常数，即分别减小负载电阻和结电容。考虑第五十一页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（2）时间响应（频率特性）

硅光电三极管的频率特性除了与光电二极管相同外，还受基区渡越时间和发射结电容的限制。第五十二页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（2）时间响应（频率特性）

选择适当的负载电阻，使其满足RL＜Rce，这时可以导出光电三极管电路的输出电压为第五十三页，共九十六页，2022年，8月28日2、光电三极管的基本特性四、硅光电三极管（光电晶体管）（3）温度特性

硅光电二极管和硅光电三极管的暗电流和光电流均随温度而变化，但硅光电三极管具有电流放大作用，所以硅光电三极管受温度的影响要大得多。由于暗电流的增加，使输出信噪比变差，不利于弱光信号的探测。第五十四页，共九十六页，2022年，8月28日1、PIN光电二极管五、特殊光电二极管

PIN光电二极管又称快速光电二极管。它的结构特点是，在P型半导体和N型半导体之间夹着一层很厚的本征半导体。第五十五页，共九十六页，2022年，8月28日1、PIN光电二极管五、特殊光电二极管（1）PIN光电二极管因有较厚的I层，因此p-n结的内电场就基本上全集中于I层，使p-n结间距离拉大，结电容变小。由于工作在反向偏压下，随着反偏电压的增大，结电容变得更小，从而提高了PIN光电二极管的频率响应。（2）由于I层较厚，又工作在反偏，使结区耗尽层厚度增加，提高了对光的吸收和光电变化区域，使量子效率提高。（3）同时还增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度。（4）由于I层较厚，在反偏下工作可承受较高的反向偏压，这使线性输出范围变宽。第五十六页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管

APD是借助强电场作用产生载流子雪崩倍增效应的一种高速、高灵敏度的光电器件。它广泛应用于光纤通信、弱信号检测、激光测距等领域。第五十七页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管（1）工作原理

APD工作过程：在光电二极管的p-n结加一相当高的反向偏压，使结区产生一个很强的电场。当光激发的光生载流子进入结区后，在强电场的加速下获得很大的能量，与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离，产生新的电子-空穴对，新产生的电子-空穴对在向电极运动过程中，又获得足够能量，再次与晶格原子碰撞，又产生新的电子-空穴对，这一过程不断重复，使p-n结内电流成倍急剧增加，这种现象称为雪崩倍增。APD利用这种效应而具有电流的放大作用。第五十八页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管（2）结构

第五十九页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管（3）倍增系数和噪声

电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数，这时雪崩光电二极管的输出电流迅速增加，其电流倍增系数M定义为

式中，I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。

第六十页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管（3）倍增系数和噪声

据推导，倍增系数与p-n结上所加的方向偏压及p-n结的材料有关：第六十一页，共九十六页，2022年，8月28日2、雪崩光电二极管（APD，AvalanchePhotodiode）五、特殊光电二极管雪崩光电二极管中噪声电流主要为散粒噪声。当雪崩倍增M倍后，雪崩光电二极管的噪声电流的均方根值可近似由下式计算。

式中指数n与雪崩光电二极管的材料有关。对于锗管，n=3；对于硅管为2.3<n<2.5。显然，由于信号电流按M倍增加，而噪声电流按Mn/2倍增加。因此，随着M增加，噪声电流比信号电流增加得更快。（3）倍增系数和噪声第六十二页，共九十六页，2022年，8月28日3、色敏光生伏特器件五、特殊光电二极管（1）双色硅色敏器件的工作原理当光照射时，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离就被吸收完毕；因此，浅结对紫外光有较高灵敏度。而红外光部分吸收系数小，光子主要在深结处被吸收；因此，深结对红外光有较高的灵敏度。第六十三页，共九十六页，2022年，8月28日3、色敏光生伏特器件五、特殊光电二极管（1）双色硅色敏器件的工作原理用双结光电二极管测量颜色时，通常测量两个光电二极管的短路电流比（ISC2/ISC1）与入射波长的关系，每一种波长的光都对应于一个短路电流比值，根据短路电流比值判别入射光的波长，达到识别颜色的目的。第六十四页，共九十六页，2022年，8月28日3、色敏光生伏特器件五、特殊光电二极管（2）三色硅色敏器件

它是在一块非晶硅基片上制作3个检测元件，并分别配上R、G、B滤色片，通过R、G、B输出电流的比较，即可识别物体的颜色。

第六十五页，共九十六页，2022年，8月28日3、色敏光生伏特器件五、特殊光电二极管（2）三色硅色敏器件第六十六页，共九十六页，2022年，8月28日六、光生伏特器件组合件

光生伏特器件组合件是在一块硅片上制造出按一定方式排列的具有相同光电特性的光生伏特器件阵列。一般用于准直、定位、跟踪等方面。根据排列方式的不同，光生伏特器件组合件可分为象限式、阵列式、楔环式和按指定编码规则组成的阵列方式。第六十七页，共九十六页，2022年，8月28日1、象限阵列光生伏特器件组合件六、光生伏特器件组合件

象限式光生伏特器件组合件可以用来确定光点在二维平面上的位置坐标。第六十八页，共九十六页，2022年，8月28日1、象限阵列光生伏特器件组合件六、光生伏特器件组合件第六十九页，共九十六页，2022年，8月28日1、象限阵列光生伏特器件组合件六、光生伏特器件组合件第七十页，共九十六页，2022年，8月28日六、光生伏特器件组合件2、线阵列光生伏特器件组合件第七十一页，共九十六页，2022年，8月28日2、线阵列光生伏特器件组合件六、光生伏特器件组合件第七十二页，共九十六页，2022年，8月28日3、楔环阵列组合件六、光生伏特器件组合件第七十三页，共九十六页，2022年，8月28日1、PSD的工作原理和位置表达式七、光电位置敏感器件（PSD）PSD（PositionSensingDetector）是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件，其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。

PSD与象限探测器相比，其特点是：（1）它对光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，只与光的能量中心位置有关，这给测量带来很多方便；（2）光敏面上无须分割，消除了盲区可连续测量光斑位置，位置分辨率高；（3）可同时检测位置和光强。

第七十四页，共九十六页，2022年，8月28日1、PSD的工作原理和位置表达式七、光电位置敏感器件（PSD）I0=I1+I2

第七十五页，共九十六页，2022年，8月28日2、一维PSD器件七、光电位置敏感器件（PSD）

一维PSD器件主要用来测量光斑在一维方向上的位置或位置移动量的装置。第七十六页，共九十六页，2022年，8月28日3、二维PSD器件七、光电位置敏感器件（PSD）第七十七页，共九十六页，2022年，8月28日3、二维PSD器件七、光电位置敏感器件（PSD）第七十八页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法400lx600lx800lx1000lxU（V）0204060-10-20-30光电二极管伏安特性曲线第七十九页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法在如图所示的反向偏压下硅光电二极管的基本输入电路中，流过负载电阻的电流为：由于制造光电管的半导体材料一般都采用高阻轻掺杂，因此暗电流很小，可以忽略不计即输出电流与输入光照度（或光通量）成正比。第八十页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法列回路方程：其中是硅光电二极管两端电压，是非线性函数，可利用图解法进行计算或第八十一页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法在伏安特性曲线上画出负载线，得到当时，为负载线与横坐标轴的交点当时，为负载线与纵坐标轴的交点直线的斜率，越大，直线越平坦；越小，直线越陡。U（V）0第八十二页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法当输入光照度为在伏安特性曲线上可以找到对应该照度的曲线，该曲线与负载线的交点为Q，即为输入电路的静态工作点。U（V）0当输入光照度由改变时，在负载上会产生的电压信号输出和的电流信号输出。Q第八十三页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路（1）图解计算法U（V）0反向偏置电路输出信号电压与入射辐射量的变化成正比，变化方向相反，即输出电压随入射辐射量增加而减小Q第八十四页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路U（V）0Q（2）用图解法分析电路参数和对输出信号的影响当不变时，对于输入光照度变化，负载电阻的减小会增大输出信号电流，但输出信号电压反而减小；当减小很多时，又会受到器件允许的最大工作电流和功耗的限制。当不变时第八十五页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路U（V）0Q（2）用图解法分析电路参数和对输出信号的影响要提高输出信号电压，应增大，但过大的会使负载线越过特性曲线的拐点进入非线性区，由于非线性区的光电灵敏度不再是常数，使输出信号的波形发生畸变。当不变时第八十六页，共九十六页，2022年，8月28日1、硅光电二极管（三极管）变换电路参数计算八、光生伏特器件的偏置电路U（V）0（2）用图解法分析电路参数和对输出信号的影响当偏置电压增大时，输出信号的电压幅度也随之增大，同时线性度得到相应改善，但电路的功耗随之加大。过大的偏压会引起硅光电二极管反向击穿。当不变时第八十七页，共九十六页，2022年，8月28日（3）反向偏置电路的计算例3-2已知某光电三极管的伏安特性曲线如图所示。当入射光通量为正弦调制量φv,λ=55+40sinωtlm时，今要得到5V的输出电压，试设计该光电三极管的变换电路，并画出输入输出的波形图，分析输入与输出信号间的相位关系。

解:首先根据题目的要求，找到入射光通量的最大值与最小值φmax=55+40=95