光生伏特器件 54节幻灯片PPT

⑵ 时间响应（频率特性）
光电三极管的时间响应常与PN结的结构及偏置电路等参 数有关。
(a)光电三极管输出电路
(b)微变等效电路 图5-15光电三极管电路
选择适当的负载电阻，使其满足R L ＜ R ce，可以导出光
电三极管电路的输出电压为
（5-26）
光电三极管的时间响应由以下四部分组成：
① 光生载流子对发射结电容Cbe和集电结电容Cbc充放电时间；
② 光生载流子渡越基区所需要的时间； ③ 光生载流子被收集到集电极的时间；
④ 输出电路等效负载电阻RL与等效电容Cce所构成的RC 时间；
提高光电三极管的时间响应的措施--应尽可能的减小发 射结阻容时间常数 r be C be和时间常数 R L C ce。即：
一方面在工艺上设法减小结电容 C be、C ce；
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1.工作原理
光电三极管的工作原理分为：
一是光电转换，是在集-基PN结区内进行的。光激发产生 的电子-空穴对在反向偏置的PN结内电场的作用下，电子流
电 三极管的响应时间更长。
例如，在工作频率低于10MHz的电路中，应选用P-N结 型 光电二极管；高于10MHz的电路中，应选用PIN结型光电二 极 管；只有工作频率低于200~300kHz时，才应选用光电三极 管
⑵ 光电流的差别
光电二极管的光电流一般只有几微安到几百微安；光电 三极管的光电流一般都在几毫安以上，至少有几百微安。光 电二极管和光电三极管的暗电流则相差不多，一般都不超过
图(a) 光电三极管的暗导通原理
b.亮导通原理 有一定波长的光照射
VT3时，电路为导通状态。 无光照射VT3时，VT4饱和 导通，RL中无电流。
图(b) 光电三极管的亮导通原理
⑵ 列车灯自动开关
列车通过隧道时， 无光照射光电三极管， 光控开关自动点亮车 厢内的灯；列车出隧 道时，有光照射，自 动关灯。
向 集电区被集电极所收集，而空穴流向基区与正向偏置的发射
结发射的电子流复合，形成基极电流Ip。
二是光电流放大，基极电流被放大β倍。
不同点:一般半导体三极管是由基极向发射结注入空穴
载流子，控制发射极的扩散电流，而光电三极管是由注入到 发射极的光生电流控制的。
集电极输出的电流为 （5-25）
3CU型光电三极管在原理上和3DU型相同，其工作时的电 压极性与之相反，集电极的电位为负的。
(a)光电二极管-三极管集成器件 (b)光电三极管-三极管集成器件 (c)达林顿光电三极管 图5-13 集成光电器件
2.光电三极管特性 ⑴ 伏安特性
光电三极管的偏置电压要保证光电三极管的发射结处于正 向偏置，而集电结处于反向偏置。
光电三极管β值随光电
流的增大而增大。
图5-14 光电三极管伏安特性曲线
图5-18 3DU3光电三极管的光谱响应
表5-3 典型光电三极管的特性参数
在使用时要注意它的极限参数UCEM和UCE，不能使工作电 压超过UCEM。
3.光电三极管的应用 ⑴光电三极管的光控原理 a.暗导通原理
当一定波长的光照射 VT1时，光控开关处于关断 状态。无光照射VT1时，时 光控开关处于导通状态。
图(c) 矿灯自动开关电路
⑶ 地下室换气控制器 当工作人员进入地下室时，打开照明灯，换气电扇工作。 当工作人员离开关掉照明灯时，自动关闭气扇。
图(d) 地下室换气控制器
4.光电二极管与光电三极管的主要差别
⑴ 响应时间的差别：
光电二极管的响应时间在百ns以下，PIN结型和雪崩型 还要小；光电三极管的响应时间长达5~10微秒，复合型光
(a) 暗电流Id的温度特性曲线
(b) 亮电流IL的温度特性曲线
图5-17 光电二极管、光电三极管的温度特性曲线
⑷ 光谱响应 对于光电三极管，减薄PN结的厚度可以使短波段波长的光
谱响应得到提高，因为PN结的厚度减薄后，长波段的辐射光 谱
很容易穿透PN结，而没有 被吸收。短波段的光谱容 易被减薄的PN结吸收。
一方面要合理选择负载电阻 R L，尤其在高频应用的情 况下应尽量降低负载电阻RL。
光电三极管的时间响应 不但与负载电阻RL有关，而 且与光电三极管的输出电流 有关，增大输出电流可以减 小时间响应，提高光电三极 管的频率响应。
图5-16 光电三极管的时间响应 与集电极电流的关系曲线
⑶ 温度特性
在进行弱光信号的检测时应考虑温度的影响，必要时应 采取恒温或温度补偿的措施。
1μA，大多数在0.5μA以下。
⑶ 输出特性的差别
光电二极管在很宽的入射光照度范围内(10-3~103lx)都 具有线性的光电流-照度特性；光电三极管输出特性的线性 较差。