第十一章 光电转换器件

新疆工程学院第十一章光电转换器件让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻的结构和原理4知识目标1技能目标2光敏电阻3光敏电阻的分类5让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的分类9光敏电阻的外形6光敏电阻的主要参数7光电二极管8光电二极管的外形10让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的检测14光电二极管的主要参数11光电二极管的作用12光电二极管的识别13光电三极管15让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的作用19光电三极管的分类16光电三极管的外形17光电三极管的主要参数18光电三极管的识别20让信念坚持下去，梦想就能实现！光电耦合器的主要参数24光电三极管的检测21光电耦合器22光电耦合器的分类23光电耦合器的识别25光电耦合器的检测26知识目标学习光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电耦合器种类及工作原理掌握常见的光电转换器件的电路符号、基本用途和主要特点让信念坚持下去，梦想就能实现！技能目标掌握光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电耦合器的识别技能，能正确检测光敏电阻、光电二极管和光电三极管学习和掌握光电二极管、光电三极管、光电耦合器的基本应用让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻图形符号：文字符号：R主要作用：将光信号转换为电信号

让信念坚持下去，梦想就能实现！

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种特殊电阻器件，它的阻值随入射光的强弱二变化，入射光增强，电阻值减小；入射光减弱，电阻值增大。利用这一特性，将光敏电阻器用于光的检测、光的测量、光的控制，将光的变化量转换为电的变化量。常用的制作材料有硫化镉、硒、硫化铝和硫化铋等材料。让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻的结构和原理

光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。光敏电阻工作机理较复杂，但结构却十分简单，只是在一块匀质的光电导体两端加上电极即成。

让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻的分类紫外光敏电阻器

对紫外线较敏感，主要用于紫外线的检测。红外光敏电阻器

对红外光线比较敏感，广泛应用于军事、航空航天、医疗、通信等，如导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通信等。让信念坚持下去，梦想就能实现！可见光光敏电阻器

主要用于各种仪器设备的光电控制系统，如光电自动开关、航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和位置检测器，照相机自动曝光系统，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻的外形让信念坚持下去，梦想就能实现！光敏电阻的主要参数光电流、亮电阻

光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。暗电流、暗电阻光敏电阻器在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流，外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。

让信念坚持下去，梦想就能实现！灵敏度

灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。光谱响应

光谱响应即光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。让信念坚持下去，梦想就能实现！光照特性光照特性指光敏电阻输出的电信号，随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。让信念坚持下去，梦想就能实现！伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。温度系数

光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。让信念坚持下去，梦想就能实现！额定功率

是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管图形符号：文字符号：VD主要作用：将光信号转换为电信号

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让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。普通二极管在反向电压作用下处于截止状态，光电二极管是在反向电压作用下工作的。光电二极管的分类按结构类型分PN结型、PIN结型、雪崩型、肖特基结型

（用的最多的是硅材料PN结型光电二极管）按封装形式分

透明塑封光电二极管、金属壳封装光电二极管、树脂封装光电二极管等让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的外形

让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的主要参数开关时间

由于电荷的存储效应，PIN管的通断和断通都需要一个过程，这个过程所需时间。隔离度

开关在断开时其衰减也非无穷大，称为隔离度。插入损耗

开关在导通时衰减不为零，称为插入损耗。

让信念坚持下去，梦想就能实现！承受功率

在给定的工作条件下，微波开关能够承受的最大输入功率。电压驻波系数

仅反映端口输入，输出匹配情况，视频泄漏。谐波PIN二极管也具有非线性，因而会产生谐波，PIN开关在宽带应用场合，谐波可能落在使用频带内引起干扰。

让信念坚持下去，梦想就能实现！开关分类

反射式和吸收式，吸收式开关的性能较反射式开关优良。控制方式

采用TTL信号控制，‘1’通‘0’断。让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的作用

光电二极管的作用是进行光电转换，在光控红外遥控、光探测、光纤通信和光电耦合等方面有广泛应用。光敏二极管在应用电路中的两种工作状态：一种是光敏二极管施加有外部反向电压，当光敏二极管加上方向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变。

让信念坚持下去，梦想就能实现！光控

光电二极管可以作用光控开关，光电二极管VD1因接反向电压而截止，晶体管VT1、VT2因无基极电流也截止，继电器处于释放状态。当有光线照射光电二极管VD1时，VD1从截止转变为导通，使VT1、VT2相继导通，继电器K吸合，接通被控电路，电路图如下图所示。让信念坚持下去，梦想就能实现！

让信念坚持下去，梦想就能实现！光信号接收

光电二极管可以用作接受光信号，光信号由光电二极管VD接受，经VT放大后通过耦合电容C输出，下图为光信号放大电路。让信念坚持下去，梦想就能实现！光转换光电二极管可以用作红外光到可见光的转换。红外光信号由光电二极管VD1接受，经晶体管VT1、VT2放大后，驱动发光二极管VD2发出可见光。电路如下图所示。让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的识别光电二极管的型号

国产光电二极管主要有2CU系列（N型硅光电二极管），2DU系列（P型硅光电二极管）和PIN系列（PIN结型硅光电二极管）等。光电二极管的极性

光电二极管两引脚有正、负极之分，靠近管色标的是正极，另一脚是负极；引脚较长的是正极，较短的是负极。

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让信念坚持下去，梦想就能实现！光电二极管的检测检测PN结

万用表置于“R×1K”档,黑表笔接光电二极管正极，红表笔接负极，测其正向电阻，显示值应为10-20K。

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让信念坚持下去，梦想就能实现！检测光电性能

在检测PN结的基础上，对调万用表两表笔，即红表笔接光电二极管的正极，黑表笔接负极。然后用一遮光物将光电二极管的透明窗口遮住，这时测得没有光照情况下的反向电阻，应为无穷大。

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让信念坚持下去，梦想就能实现！移去黑制片，使光电二极管的透明窗口朝向光源（自然光、手电筒等），这时表针应向右偏转至几千欧。表针偏转越大，说明光电二极管灵敏度越高。

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让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管图形符号：文字符号：VT主要作用：将光信号转换成电信号重要特点：实现光电转换，并具有信号放大功能

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光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电元件。和晶体三极管相似，光电三极管也是具有两个PN结的半导体器件，所不同的是其基极受光信号的控制。

让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的分类按导电极性分NPN型、PNP型按结构类型分普通光电三极管、复合型（达林顿型）光电三极管让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的外形让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的主要参数最高工作电压

最高工作电压Uceo是指在无光照、集电极漏电流不超过规定值（约0.5uA）时，光电三极管允许加的最高工作电压，一般为10~50V，使用中不要超过此范围。光电流

光电流是指在受到一定光照时光电三极管的集电极电流，通常可达几毫安。光电流越大，光电三极管的灵敏度越高。让信念坚持下去，梦想就能实现！最高工作电压

最大允许功耗PCM是指光电三极管在不损坏的前提下所能承受的最大集电极耗散功率。让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的作用

光电三极管的主要作用是光控。由于光电三极管本省具有放大作用，给使用带来了很大方便。如下图所示为光控开关电路，可以把光电二极管VD、电阻R和三极管VT1由光电三极管来替换，由于光控器件采用了光电三极管，因此该电路比使用光电二极管的电路要简化许多。让信念坚持下去，梦想就能实现！让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管等效让信念坚持下去，梦想就能实现！光控开关电路光电三极管的识别光电三极管的命名方法

光电三极管的型号命名方法与晶体三极管相同，普遍使用的是3DU系列NPN型硅光电三极管。光电三极管的引脚

由于光电三极管的基极即为光照窗口，因此大多

数光电三极管只有发射极e和集电极c两只引脚，基极

无引出线。光电三极管的外形与光电二极管几乎一样。也有部分光电三极管的基极b有引脚，常作温度补偿、用。让信念坚持下去，梦想就能实现！让信念坚持下去，梦想就能实现！光电三极管的检测光电三极管的检测将万用表置于“R×1K”档，以检测NPN型光电三极管为例。

黑表笔（表内电池正极）接发射极e，红表笔接集电极c，此时光电三极管所加电压为反向电压，万用表指示的阻值为无穷大。让信念坚持下去，梦想就能实现！

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用黑表笔将光电三极管窗口遮住，对调两表笔再测，此时虽然所加为正向电压，但因光电三极管的基极无光照，光电三极管仍无电流，其阻值接近为无穷大。让信念坚持下去，梦想就能实现！

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保持红表笔接发射极e、黑表笔接集电极c，然后撤去黑纸片，使光电三极管窗口朝向光源，这时，表针应向右偏转到1kΩ左右。表针偏转越大，说明光电三极管灵敏度越高。让信念坚持下去，梦想就能实现！

让信念坚持下去，梦想就能实现！区别光电二极管与光电三极管由于光电二极管与光电三极管外形几乎一样，上述检测也可用来区别它们。遮住窗口测两引脚间的正、反向电阻，阻值较小的是光电二极管，两阻值均为无穷大的为光电三极管。让信念坚持下去，梦想就能实现！光电耦合器光电耦合器是以光为媒介传输电信号的器件。光电耦合器（光耦）是一种光电转换器件，把发

光器件（一般为发光二极管）和光敏器件封装在一起，通过光的耦合构成光电一体器件，实现光信号与电信号的转换，应用于需要隔离的控制和信号传递电路中。

让信念坚持下去，梦想就能实现！图形符号

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让信念坚持下去，梦想就能实现！光电耦合器的分类按内部电路分

光电二极管、光电三极管、光敏电阻型、光控达林顿型、光控晶闸管型，集成电路型、光电二极管、半导体管型按输出形式分普通型、线性输出型、高速输出型、双路输出型、组合输出型让信念坚持下去，梦想就