光电管的特性

E / lx
硅光电三级管光照特性
§7－4新型光电器件 一、PIN光电二级管
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P
I
N
信号光
导带
价带

P型层很薄使光子很快进入I区
I区电阻很大可加较高电压 高的电阻使暗电流明显减小，这些产生的光生电子－ 空穴对将立刻被电场分离并作快速漂移运动
V
光敏二级管的伏安特性
二、光敏三级管
＋ ＋ N P N － E －
RL
u0
波长短，光子在半导体表面被 吸收，波长长时能量小
三、光电管的特性
硅
锗
相 对 灵 敏 度 / ％
10 3 A

光电三极管光谱特性
I L A
1000lx 60 800lx
40
20
600lx
400lx
0
－10
－20
－30

⑵光的频率不变，光越强，光电子越多，光强意味着光 子数目多逸出的电子数目也越多

⑶光电子逸出时具有初始动能，因此光电管即使没有正 向电压也会有电流，为了使光电流为零，必须加反相电 压，反相电压与光的频率成正比
2．光电倍增管
阴极K 第一倍 增级 第二倍
增级
第四倍 增级
第三倍 增级
阳极A
R5
RL
U0

30000
相 对 灵 敏 度 / ％
100
80 60 40 20 0 10 100
硫化铅
硫化镉 1000 10000
/Hz
光敏电阻的频率特性
§7－3－2 光电池

光电池能直接将光通量转变为电动势，实际为电压源
一、结构和工作原理
硼扩散层
P型电极
I
N型硅片
P-N结
电极
光电池的结构原理图
1.用途
a. 作光电探测器使用 红外辐射探测器 光电读出 光电耦合
I I 0 M I 0 c
n
光电倍增管的放大倍数与极间电压之间的关系
10
放大倍数
8
10
6
极间所加电压 越稳定越好
10 4 10
2
25
50
75
100
125
极间电压/V

光谱特性与阴极所用的材料有关
阴极 锑铯－
灵敏度高
7000 A

可见光范围
25 30%
银氧铯－红外光源 锑铯－紫外光源
q0
－－电子电量
Voc
KT q0
ln

IL I SO
1

K
－－玻尔兹曼常数
T
－－热力学温度
Voc －－光电池开路输出电压
I L mA
UOC mV
100 80 60
1.0 0.8 0.6
40
20
0.4
0.2
0
2000
4000
Ge光电池光电特性
I L mA
UOC V
300
0
4000
6000
8000
10000

波长 A
光电池的光谱特性
100
硅光电池
相 对 光 电 流 / ％
80 60 40 20 硒光电池
0
1500
3000
4500 6000
7500
/Hz
光电池的频率特性
§7－3－3光敏二级管和光敏三级管
一、光敏二级管

P
N
E
I
E
R
100lx 200lx 300lx 400lx
b.
作为电源使用 人造卫星 野外灯塔 微波站
光
SiO2 膜
P
N
－ ＋
RL
光电池有方形 圆形 三角形 环形等
P
－ － －
＋ ＋ ＋
N ＋ P N
－
Voc P N
mA
＋ －
IL
－－光电池的输出短路电流
I I L I SO e qu / KT 1
I SO －－无光照时PN结反向饱和电流
第七章

光电式传感器
§ 7－1 光电效应
光电传感器是一种将光学量（光通量、照度）的变化转 换为电量（电压、电流）变化的传感器 一、外光电效应 在光线的作用下，金属内的电子逸出金属表面，向外发 射的现象称为外光电效应，基于外光电效应的器件有光电 管和光电倍增管。
1．光电管
A
h
K
对于光子
E h
1 h m0 2 A0 2
A0
－电子逸出功 －电子逸出时速率 －入射光的频率
0

I / mA
16 12 8 4 80 V / V 光通量 20 40 60 真空光电管的伏安特性
0
I / A
强光
12 8 4 2
弱光
0
20 40 60 80
充气光电管伏安特性
V /V

⑴光电子是否产生取决于光子能量，这意味着每一种金 属物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率。光线 的频率若低于红线频率，光子能量不足以使物体内电子 逸出
二、内光电效应
绝大多数高电阻半导体受光照后吸收光子能量，产生电阻 率降低而易于导电的现象称为内光电效应。
电子能量E
Eg －
自由电子所占能带 不存在电子的能带
禁带宽度
导带
Eg
禁带
0
Eg h
红限
价带
价电子所占的能带
⒈光敏电阻
镀金电极
RG
RL
+
U0
－
CdS半导体
⒉光电导材料
单质 氧化物 Cd化合物 Pb化合物 其它
0.6
200
0.4
100
0.2
0
2000
4000
Si光电池光电特性
脉冲光信号变换电路
Rb
RL
u0
－10V
＋10V
ic
1K
ic
1K
u0
usc
＋4V
Rf
1K
ic
2CR
100
usc
2CR
A
usc
2 AD 7
光电池用以探测缓慢变化光信号的电路
相 对 灵 敏 度 ％
100 80 60 硒 硅
40
20
/
反向偏压/V 硅光电二极管伏安特性
Ic mA
8 6 500lx 700lx
600lx
4
2
400lx
300lx
0
10
20
30
40
V
硅光电三极管伏安特性
I L A
40 30
20
10
0
200
400
600
800
1000
E / lx
硅光电二级管光照特性
I L A
6
5 4 3 2 1 0 500 1000
7 6 5 4 3 2 1 0 50 100
V /V
光敏电阻的伏安特性
0.30 0.25 光电流/mA
0.20 0.15 0.10 0.05 0 0.6 光通量/lm 光敏电阻的光照特性 1.2
100 相对灵敏度/％ 80 60 40 20 硫化镉 0 硫化铊 硫化铅
15000
入射光波长/ A 光敏电阻的光谱特性
A
1000 2500V
D4
R4
每级电压为50～ 100V，适用于弱 光下工作，强光 易损坏光电倍增 管
R3
R2
D3 D2
D1
R1
K


设每级倍增率为 （一个电子能轰击出 个次级电子）， n 若有n个次阴极，则总的光电流倍增系数为 c ， c 为 各级次阴极 电子收集效率。倍增管阳极电流 I 与阴极电流 I 0 的关系为
Se ZnO CdS
Ge PbO CdSe
Si
CdTe
PbS
InSb
PbSe
SbS3
PbTe
⒊光敏电阻的特性



⑴暗电阻、亮电阻与光电流 ⑵伏安特性 ⑶光照特性 ⑷光谱特性 ⑸光敏电阻响应时间 和频率特性 为光电流上升为稳定值的63％所需要的时间 越大，频率特性越差
I / A