光生伏特传感器

光生伏特传感器第一页，共七十一页，2022年，8月28日3.1光敏二极管光敏二极管工作原理和结构光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，当没有光照射时，其反向电阻很大，反向电流很小，这种反向电流称为暗电流。当有光照时，PN结及其附近产生电子一空穴对，它们在反向电压作用下参与导电，形成比光照时大得多的反向电流，该反向电流称为光电流，此时光敏二极管的反向电阻下降。光电流与光照强度成正比。如果外电路接上负载，便可获得随光照强弱变化的电信号。第二页，共七十一页，2022年，8月28日第三页，共七十一页，2022年，8月28日光敏二极管的基本特性光敏二极管的基本特性包括光谱特性、伏安特性、光照特性、温度特性、响应特性等。

1光谱特性：光敏二极管在人射光射度一定时，输出的光电流（或相对灵敏度）随光波波长的变化而变化。一种光敏二极管只对某些波长的人射光敏感，这就是它的光谱特性第四页，共七十一页，2022年，8月28日

定义光电二极管的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。

（4-3）

第五页，共七十一页，2022年，8月28日显然，当某波长λ的辐射作用于光电二极管时，其电流灵敏度为与材料有关的常数，表征光电二极管的光电转换特性的线性关系。必须指出，电流灵敏度与入射辐射波长λ的关系是复杂的，定义光电二极管的电流灵敏度时通常定义其峰值响应波长的电流灵敏度为光电二极管的电流灵敏度。在式中，表面上看它与波长λ成正比，但是，材料的吸收系数α还隐含着与入射辐射波长的关系。因此，常把光电二极管的电流灵敏度与波长的关系曲线称为光谱响应。

第六页，共七十一页，2022年，8月28日光谱响应

光电二极管的光谱响应定义为以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时，其响应程度或电流灵敏度与波长的关系称为其光谱响应。

图4-5为几种典型材料的光电二极管光谱响应曲线。

典型硅光电二极管光谱响应长波限为1.1μm左右，短波限接近0.4μm，峰值响应波长为0.9μm左右。

第七页，共七十一页，2022年，8月28日

由曲线可以看出，不管是硅管或锗管，当人射光波长增加时，相对灵敏度都下降，这是因为光子能量太小，不足以激发电子．空穴对，当人射光波长太短时，由于光波穿透能力下降，光子只在半导体表面激发电子一空穴对，而不能达到PN结，因此相对灵敏度也下降。从曲线还可以看出，不同材料的光敏二极管，其光谱响应峰值波长也不同。硅管的峰值波长为1.0um左右，锗管的为1.5um，由此可以确定光源与光电器件的最佳匹配。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管性能较差。故在探测可见光或赤热物体时，都用硅管；但对红外光进行探测时，采用锗管较为合适。第八页，共七十一页，2022年，8月28日

2．伏安特性

光敏二极管的伏安特性也就是在一定照度下的电流电压特性。光敏二极管的伏安特性如图所示第九页，共七十一页，2022年，8月28日

3．光照特性

光敏二极管的光照特性如图所示，它给出了光敏二极管的光电流与照度的关系。从图中可以看出，光敏二极管光照特性的线性好。第十页，共七十一页，2022年，8月28日

4．温度特性温度变化对光敏二极管输出电流的影响较小，但是对暗电流的影响却十分显著，如图所示。

第十一页，共七十一页，2022年，8月28日光敏二极管在高照度下工作时，由于亮电流比暗电流大得多，温度影响相对来说比较小。但在低照度下工作时，因为亮电流较小，暗电流随温度的变化就会严重影响输出信号的温度稳定性。因此可作如下几点考虑：①选用硅光敏二极管，这是因为硅管的暗电流要比锗管小几个数量级；②在电路中采取适当的温度补偿措施必将光信号进行调制，对输出的电信号采用交流放大，利用电路中隔直电容的作用，隔断暗电流。第十二页，共七十一页，2022年，8月28日

5．时间响应特性以f频率调制的辐射作用于PN结硅光电二极管光敏面时，PN结硅光电二极管的电流产生要经过下面3个过程：

1)在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间，称为漂移时间记为；2)在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需要的时间，称为扩散时间记为τp；3)由PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间。

设载流子在结区内的漂移速度为vd，PN结区的宽度为W，载流子在结区内的最长漂移时间为

第十三页，共七十一页，2022年，8月28日（4-5）

一般的PN结硅光电二极管，内电场强度Ei都在105V/cm以上，载流子的平均漂移速度要高于107cm/s，PN结区的宽度常在100μm左右，由式（4-5）可知漂移时间，为ns数量级。

对于PN结硅光电二极管，入射辐射在PN结势垒区以外激发的光生载流子必须经过扩散运动到势垒区内才能在内建电场作用，并分别拉向P区与N区。载流子的扩散运动往往很慢，因此，扩散时间τp很长，约为100ns，它是限制PN结硅光电二极管时间响应的主要因素。

另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的时间常数τRC，τRC为

第十四页，共七十一页，2022年，8月28日（4-6）

普通PN结硅光电二极管的管芯内阻Ri约为250Ω，PN结电容Cj常为几个Pf，在负载电阻RL低于500Ω时，时间常数也在ns数量级。但是，当负载电阻RL很大时，时间常数将成为影响硅光电二极管时间响应的一个重要因素，应用时必须注意。由以上分析可见，影响PN结硅光电二极管时间响应的主要因素是PN结区外载流子的扩散时间τp，如何扩展PN结区是提高硅光电二极管时间响应重要措施。增高反向偏置电压会提高内建电场的强度，扩展PN结的耗尽区，但是反向偏置电压的提高也会加大结电容，使RC时间常数τRC增大。因此，必须从PN结的结构设计方面考虑如何在不使偏压增大的情况下使耗尽区扩展到整个PN结器件，才能消除扩散时间。

第十五页，共七十一页，2022年，8月28日硅光敏二极管的上升时间响应速度很快，因此，硅光敏二极管适合于要求快速响应或人射光调制频率较高的场合。第十六页，共七十一页，2022年，8月28日6.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。

散粒噪声是由于电流在半导体内的散粒效应引起的，它与电流的关系

(4-7)

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(4-8)第十七页，共七十一页，2022年，8月28日

根据电流方程，并考虑反向偏置情况，光电二极管电流与入射辐射的关系，得到(4-9)再考虑负载电阻RL的热噪声

(4-10)

目前，用来制造PN结型光电二极管的半导体材料主要有硅、锗、硒和砷化镓等，用不同材料制造的光电二极管具有不同的特性。

第十八页，共七十一页，2022年，8月28日光敏二极管的型号参数第十九页，共七十一页，2022年，8月28日第二十页，共七十一页，2022年，8月28日光敏二极管主要用于可见光和近红外光探测器，以及光电转换的自动控制仪器、触发器、光电耦合、编码器、特性识别、过程控制和激光接收等方面。其他型号的光敏二极管（如2CU1—2CU4），可用于可见光及近红外光的接收、自动控制仪器和电气设备的光电转换系统。而2CU80型为低照度宽光谱光敏二极管，可用于多段亮度计和地物光谱仪及微弱光的探测。第二十一页，共七十一页，2022年，8月28日3.1.3其他类型的光生伏特器件

1PIN型光电二极管

为了提高PN结硅光电二极管的时间响应，消除在PN结外光生载流子的扩散运动时间，常采用在P区与N区之间生成I型层，构成如图4-6（a）所示的PIN结构光电二极管，PIN结构的光电二极管与PN结型的光电二极管在外形上没有什么区别，都如图4-6（b）所示。

PIN光电二极管在反向电压作用下，耗尽区扩展到整个半导体，光生载流子只产生漂移电流，因此，它的时间响应只取决于τ与τ，在10-9s左右。

drRC第二十二页，共七十一页，2022年，8月28日2雪崩光电二极管

PIN光电二极管提高了PN结光电二极管的时间响应，但未能提高器件的光电灵敏度，为了提高光电二极管的灵敏度，人们设计了雪崩光电二极管，使光电二极管的光电灵敏度提高到需要的程度。

1）.结构

图4-7（a）所示为在P型硅基片上扩散杂质浓度大的N+层，制成P型N结构；图4-7（b）所示为在N型硅基片上扩散杂质浓度大的P+层，制成N型P结构的雪崩光电二极管；图4-7（c）所示为PIN型雪崩光电二极管。

第二十三页，共七十一页，2022年，8月28日

由于PIN型光电二极管在较高的反向偏置电压的作用下耗尽区扩展到整个PN结结区，形成自身保护（具有很强的抗击穿功能），因此，雪崩光电二极管不必设置保护环。

市场上的型雪崩光电二极管基本上都是PIN型雪崩光电二极管。

第二十四页，共七十一页，2022年，8月28日2）.工作原理

雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。它利用光生载流子在强电场内的定向运动，产生的雪崩效应获得光电流的增益。

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

（4-11）

式中，I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。

第二十五页，共七十一页，2022年，8月28日

雪崩倍增系数M与碰撞电离率有密切的关系。碰撞电离率表示一个载流子在电场作用下，漂移单位距离所产生的电子—空穴对数目。实际上电子电离率α和空穴电离率α是不完全一样的，它们都与电场强度有密切关系。由实验确定，电离率与电场强度E可以近似的写成以下关系

np（4-12）

式中,A、b、m都为与材料有关系数。

假定α=α=α时，可以推导出倍增系数与电离率的关系为

np（4-13）

XD为耗尽层的宽度。上式表明，当

（4-14）

第二十六页，共七十一页，2022年，8月28日

在强电场作用下，当通过耗尽区的每个载流子平均能产生一对电子—空穴时，就发生雪崩击穿现象。当M—∞时，PN结上所加的反向偏压就是雪崩击穿电压UBR。

实验发现，在略低于击穿电压时，也发生雪崩倍增现象，不过M较小，这时M随反向偏压U的变化可用经验公式近似表示

从图4-8所示的伏-安特性曲线可以看出，在雪崩击穿点附近电流随偏压变化的曲线较陡，当反向偏压有较小变化时，光电流将有较大变化。

第二十七页，共七十一页，2022年，8月28日3）.噪声

由于雪崩光电二极管中载流子的碰撞电离是不规则的，碰撞后的运动方向更是随机的，所以它的噪声比一般光电二极管要大些。在无倍增的情况下，其噪声电流主要为如式（4-7）所示的散粒噪声。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。

（4-16）

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。

第二十八页，共七十一页，2022年，8月28日光敏二极管的应用1、光电路灯控制电路第二十九页，共七十一页，2022年，8月28日如图给出一个路灯的自动控制电路。从图可知，在无光射时，光敏二极管（反向）截止，电阻尼上的压降VA很小，则晶体管TI截止T2截止，继电器1不动作，路灯保持亮。有光照射时，光敏管产生光电流IL，R电压下降，VA上升，光强达到某一值时T1导通，T2导通。J动作常闭端打开，使路灯灭。即白天灯灭，晚上灯亮，起到了自动控制的作用。第三十页，共七十一页，2022年，8月28日

2．光强测量电路第三十一页，共七十一页，2022年，8月28日

图为由稳压管、光敏二极管和电桥组成的测量电路。无光照时，VA很大，FET导通，调整Rw，使电桥平衡，即指针为0。有光照时，光敏管产生IL，A点电位VA降降，R2上电流下降，VB减小；光照不同IL不同，VA不同，R2上压降不同，光强可以通过电流计读数显示出来。第三十二页，共七十一页，2022年，8月28日3光位置传感器的结构原理

光位置传感器是一种硅光电二极管，它利用光线来检测位置，其工作原理如图2．46所示。当光线照射到硅光电二极管的某一位置时，结区的光电子向N层漂移，空穴向P层漂移。到达P层的空穴分成两部分：一部分沿表面电阻R1流向1端，形成光电流IL；另一部分沿着表面电阻R。流向2端形成光电流IZ。当电阻层均匀分布时，

则

故只要测出IL和IZ就可以求得光照射的位置。第三十三页，共七十一页，2022年，8月28日光位置传感器同样适用二维位置检测，其原理如图所示，a人极用于检测x方向，a’b’极用于检测y方向。目前该光位置传感器能测定的面积为13x13mm2。第三十四页，共七十一页，2022年，8月28日光敏三极管的工作原理和结构光敏三极管具有两个PN结，因而可以获得电流增益，具有比光敏二极管更高的灵敏度，其结构和电路如图2．9所示。光敏三极管按图所示的电路连接时，它的集电结反向偏置，发射结正向偏置。当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管相似，在PN结附近产生电子一空穴对，它们在内电场作用下作定向运动，形成光电流，并造成基区中空穴的积累，于是发射区中的电子大量注人基区。由于基区很薄，只有一小部分从发射区注人的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流人。由于光照所产生的光电流相当于普通三极管的基极电流，因此集电极电流是原始光电流的β倍。第三十五页，共七十一页，2022年，8月28日光敏三极管的基本特性1光谱特性光敏三极管的光谱特性与光敏二极管相似，要考虑光谱匹配。2．伏安特性光敏三极管的伏安特性如图所示，从图中可以看出：①在无偏压时，光敏三极管仍有光电流输出，这是由光敏管的光电效应性质所决定的；②光敏三极管的光电流比同样照度下的光敏二极管要大β倍；③光敏三极管在不同照度下的输出特性和一般三极管在不同基极电流时的输出特性一样，因而只要把人射光的光照变化看成基极电流的变化，就可把光敏三极管看成三极管。第三十六页，共七十一页，2022年，8月28日

3．光照特性光敏三极管的光照特性如图所示，它给出了光敏三极管的光电流与照度的关系。从图中可以看出，光敏三级管光照特性的线性没有二极管的好，而且在照度小时，光电流随照度的增加而增加得较小，即其起始要慢。当光照足够大时，输出电流又有饱和现象（图中未画出）。这是由于三极管的电流放大倍数β在小电流和大电流时都下降的缘故。第三十七页，共七十一页，2022年，8月28日

4、温度特性

t增大，Id增大，信号电流增大

5．响应特性硅光敏三极管的上升时间tr＜3us，可见三极管的响应速度比二极管的慢得多，相差几个数量级。因此，在要求快速响应的场合应选用硅光敏二极管。第三十八页，共七十一页，2022年，8月28日光敏三极管的型号参数用N型硅材料为衬底制作的光敏晶体管为NPN型结构，称3DU；用P型硅材料为衬底制作的光敏晶体管为PNP型结构，称3CU。第三十九页，共七十一页，2022年，8月28日

ZL型硅光敏三极管，它是一种光谱响应范围很宽的光敏管，对蓝紫光比较灵敏，对近紫外光也有一定的响应，同时对黄、绿、红光，以及近红外光也很灵敏。可用于多波照度计、光电传真机、近紫外光探测装置等。第四十页，共七十一页，2022年，8月28日光敏三极管的应用

1．脉冲编码器第四十一页，共七十一页，2022年，8月28日

V为24V电源电压，V0为输出电压，N为光栅转盘上总的光栅辐条数，R1和R2为限流电阻器，而A和B则分别是光敏二极管的发射端和光敏三极管的接收端。当转轴受外部因素的影响而以某一转速n转动时。光栅转盘也随着以同样的速度转动。所以，在转轴转动一圈的时间内，接收端将接收到N个光信号，从而在其输出端输出N个电脉冲信号。由此可知，脉冲编码器输出的电信号V0的频率f是由转轴的转速n（圈/秒）确定的。于是有f＝nN

该式决定了脉冲编码器输出信号的频率f与转轴的转速之间的关系。第四十二页，共七十一页，2022年，8月28日2．光电转速传感器第四十三页，共七十一页，2022年，8月28日上图是光电数字转速表的工作原理图。图a）是透光式，在待测转速轴上固定一带孔的调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管或光敏三极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转换通过该脉冲频率测定。图b）是反光式，在待测转速的盘上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射信号，转换成电脉冲信号。

转速每分n与脉冲频率f的关系式为

n＝f/Nx60式中N为孔数或黑白条纹数目。第四十四页，共七十一页，2022年，8月28日第四十五页，共七十一页，2022年，8月28日BG1为光敏三极管，当光线照射BG1时，产生光电流，使R1上压降增大，导致晶体管BG2导通，触发由晶体BG3和BG4组成的射极耦合触发器，使U0为高电位。反之，U0为低电位。该脉冲信号可送到计数电路计数。第四十六页，共七十一页，2022年，8月28日3、光电式烟尘浓度计第四十七页，共七十一页，2022年，8月28日光源出发的光线经半透半反镜分成两束强度相等的光线，一路光线直接到达光敏三极管7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号。另一路光线穿过破测烟尘到达光敏三极管6上，其中一部分光线被烟尘吸收或折射，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光敏三极管6的光通量就越小。两路光线均转换成电压信号U1、U2，由运算器8计算出U1、U2的比值，并进一步算出被测烟尘的浓度。采用半透半反镜3及光敏三极管7作为参比通道的好处是：当光源的光通量由于种种原因有所变化或因环境温度变化引起光敏三极管灵敏度发生改变时，由于两个通道结构完全一样，所以在最后运算U1/U2值时，上述误差可自动抵消，减小了测量误差。根据这种测量方法也可以制作烟雾报警器，从而及时发现火灾。第四十八页，共七十一页，2022年，8月28日3.3.3色敏光生伏特器件

色敏光生伏特器件是根据人眼视觉的三原色原理，利用不同结深PN结光电二极管对不同波长光谱灵敏度的差别，实现对彩色光源或物体进行颜色的测量。色敏光生伏特器件具有结构简单、体积小、重量轻，变换电路容易掌握，成本低等特点被广泛应用于颜色测量与颜色识别等领域。例如彩色印刷生产线中色标位置的判别，颜料、染料的颜色测量与判别，彩色电视机荧光屏彩色的测量与调整等等，是一种非常有发展前途的新型半导体光电器件。

第四十九页，共七十一页，2022年，8月28日3.3.1双色硅色敏器件的工作原理

双色硅色敏光传感器的结构和等效电路如图4-19所示。它是在同一硅片上制作两个深浅不同PN结的光电二极管PD1和PD2组成的。

浅PN结的PD1的光谱响应峰值在蓝光范围，深结PD2的光谱响应峰值在红光范围。

第五十页，共七十一页，2022年，8月28日在图中所表示不是晶体管，而是结深不同的两个PN结管，浅结的二极管是P+N结；深结的二极管是PN结。当有人射光照射时，P+NP三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。如上所述，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。在此，浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高；而红外部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。这就是说，在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。这一特性给我们提供了将这种器件用于颜色识别的可能性，也就是可以用来测量入射的波长。将两只结深不同的光电二极管组合，就构成了可以测定波长的半导体色敏传感器。在具体应用时，应先对该色敏器件进行标定。也就是说,测定不同波长的光照射下，该器件中两只光电二极管短路电流的比值ISD2/,ISD1是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大。ISD2是深结二极管的短路电流，它在长波区较大。因而二者的比值与人射单色光波长的关系就可以确定。根据标定的曲线，实测出某一单色光时的短路电流比值，即可确定该单色光的波长。第五十一页，共七十一页，2022年，8月28日

双结光电二极管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（如图4-21所示），从关系曲线中不难看出，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。第五十二页，共七十一页，2022年，8月28日基本特性

1．光谱特性色敏光电器件的光谱特性是表示它所能检测的波长范围，不同型号之间略有差别。下图给出了国产CS－1型色敏光电器件的光谱特性，其波长范围是400nm—1000nm。第五十三页，共七十一页，2022年，8月28日2．短路电流比一波长特性短路电流比一波长特性是表征半导体色敏器件对波长的识别能力，是赖以确定被测波长的基本特性。图2．44b）表示上述CS1型色敏光电器件的短路电流比一波长特性曲线。3．温度特性由于色敏光电器件测定的是两只光电二极管短路电流之比，而这两只光电二极管是做在同一块材料上的，具有相同的温度系数。这种内部补偿作用使色敏光电器件的短路电流比对温度不十分敏感，所以通常可不考虑温度的影响。第五十四页，共七十一页，2022年，8月28日色敏光电传感器的应用1、单色典型色彩信号处理电路第五十五页，共七十一页，2022年，8月28日

图2－45所示为检测光波长（即颜色）处理电路。它由色敏光电传感器、两路对数电路及运算放大器OP构成2、混合色识别电路可以识别混合色光的3色色敏光电器件。图4-23为非晶硅集成色敏器件的结构示意图。

第五十六页，共七十一页，2022年，8月28日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，得到如图4-24所示的近似于1931CE-RGB系统光谱3刺激值曲线，通过R、G、B输出电流的比较，即可识别物体的颜色。

第五十七页，共七十一页，2022年，8月28日

图4-25为一种典型硅集成三色色敏器件的颜色识别电路方框图。从标准光源光发出的光，经被测物反射，投射到色敏传感器后，RGB3个敏感元件输出不同的光电流。经运算放大器放大、A／D转换后，将变换后的数字信号输入到微处理器中。

测量前应对放大器进行调整，使标准光源发出的光，经标准白板反射后，照到色敏器件上时应满足。

第五十八页，共七十一页，2022年，8月28日3.4光电池光电池的概念及分类1、光电池：是一种不需加偏置电压就能把光能直接转换成电能的PN结光电器件。2、按功用分类：（1）太阳能光电池：作用：向负载提供电源要求：转换效率高，成本低。特点：结构简单、体积小、重量轻、高可靠性、寿命长、可在空间直接将太阳能转换成电能。用途：航天工业、日用便携电器、供电困难场所（2）测量光电池作用：光电探测，即在不加偏置情况下将光信号转换成电信号。要求：线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性高、寿命长。用途：被应用于光度、色度、光学精密计量和测试设备中第五十九页，共七十一页，2022年，8月28日

3．4．1光电池的工作原理和结构硅光电池是在一块N型硅片上，用扩散的方法掺入一些P型杂质（例如硼）形成PN结，如图所示。入射光照射在PN结上时，若光子能量协大于半导体材料的禁带宽度EU则在PN结内产生电子一空穴对，在内电场的作用下，空穴移向P型区，电子移向N型区，使P型区带正电，N型区带负电，因而PN结产生电势。硒光电池是在铝片上涂硒；再用溅射的工艺，在硒层上形成一层半透明的氧化镉。在正反两面喷上低溶合金作为电极，如图所示。在光线照射下，镉材料带负电，硒材料上带正电，形成光电流或光电势。第六十页，共七十一页，2022年，8月28日光电池的基本特性1、光电池的光谱特性硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线，如图2．28所示。从曲线上可以看出，不同的光电池，光谱峰值的位置不同。例如硅光电池在8000A附近，硒光电池在5400A附近。硅光电池的光谱范围广，即为4500A－11000A之间，硒光电池的光谱范围为3400A－7500A。因此硒光电池适用于可见光，常用于照度计测定光的强度。在实际使用中，应根据光源性质来选择光电池；反之，也可以根据光电池特性来选择光源。例如硅光电池对于白炽灯在温度为2850K时，能够获得最佳的光谱响应；但是要注意，光电池光谱值位置不仅和制造光电池的材料有关，同时也和制造工艺有关，而且也随着使用温度的不同而有所移动。第六十一页，共七十一页，2022年，8月28日第六十二页，共七十一页，2022年，8月28日

2．光电池的光照特性光电池在不同的光强照射下可产生不同的光电流和光生电动势。硅光电池的光照特性曲线如图所示。从曲线可以看出，短路电流在很大范围内与光强成线性关系。开路电压随光强变化是非线性的，并且当照度在2000lm时就趋于饱和了。因此把光电池作为测量元件时，应把它当做电流源的形式来使用，不宜用作电压源。第六十三页，共七十一页，2022年，8月28日所谓光电池的短路电流，是反映外接负载电阻相对于光电池内阻很小时的光电流。而光电池的内阻是随着照度增加而减小的，所以在不同照度下可用大小不同的负载电阻力近似“短路”条件。从实验中知道，负载电阻越小，光电流与照度之间的线性关系越好，且线性范围越宽。对于不同的负载电阻，可以在不同的照度范围内，使光电流与光强保持线性关系。所以应用光电池作测量元件时，所用负载电阻的大小，应视光强的具体情况而定。总之，负载电越小越好。第六十四页，共七十一页，2022年，8月28日

3·光电池的频率特性光电池在作为测量、计数、接收元件时，常用交变光照。光电池的频率特性就是反映光的交变频率和光电池输出电流的关系，如图2．30所示。从曲线可以看出，硅光电池有很