第3章第1.4 光敏二极管新.
第3章第1.5节光敏三极管
放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步
放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
光敏三极管
光 c N P b (a) N e b RL (b) c e E
图 8 - 9 NPN型光敏晶体管结构简图和基本电路
光敏三极管
c
e
I/mA
6 4 2 0 20 2500lx
2000lx 1500lx 1000lx
500lx
U/V
40 60 80
光敏晶体管的伏安特性
光敏三极管
（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输出 电流 I 和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光 照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作
暗电流/mA
50
光电流/mA
400 300 200
25 0 10 20 30 40 50 60 70
T /º C
100 0 10 20 30 40 50 60 70 80
T/º C
光敏晶体管的温度特性
光敏三极管
（5）光敏三极管的频率特性
光敏三极管的频率特性曲线如图所示。光敏三极管的频率特性 受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说 ，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的 调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。
4000
λ/Å
光敏三极管
（2）伏安特性
光敏三极管的伏安特性曲线如图所示。光敏三极管在不同 的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的 输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极e与基极b之间 的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极 管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而 且输出的电信号较大。
光敏二极管
• 入射波长越长，频率响应越差
三．电路分析与计算
例1： 光敏二极管的联接和伏安特性如下图，若光敏二极管上 的照度L＝100+100Sin（t）勒克斯，为使光敏二极管上有 10V的电压变化。请选择合适的负载电阻和电源电压，并绘 出电流、电压随光强变化曲线。
RL
I（A） 10 200Lx
E
U
2
150Lx 100Lx 50Lx
∴ 当U=0.707 Umax时， 1+(CRL)2＝2， 即： CRL＝1 ∴ ＝1/(CRL), FH=1/(2CRL)
例2：
光敏二极管等效简化联接电路如下图，其结电容c=5微微 法，负载电阻RL ＝100千欧，求：此电路的上限频率为多少？
is
C
RL
Ic
IL
ห้องสมุดไป่ตู้
四．PIN管
P I N
特点：频带宽，可达10GHz
缺点：对入射角敏感，从而将入射角的变化误认为是 光强度的变化。
二．特性 1 光照特性
2. 光谱特性
3. 伏安特性
4. 温度特性
RL
GG
+E
Rc
Ib
BG
U
R
5. 暗电流
R1
GG
u
RW
6. 频率特性
Rs
C 节电容 Rs 体电阻 is
RD
C
RL
RD 反向偏置电阻 RL 负载电阻
频率特性： • 负载电阻越大，频率响应越差
§3.1.4 光敏二极管
一．结构和工作原理
1．基本工作原理
扩散
光照
2．等效电路
I
I
Id I
＝0 2
U
1.2.3.4光敏二极管三极管
实验一光电基础知识实验一、实验目的通过实验使学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等基本概念有具体认识。
二、基本原理本实验中备有普通光源和激光光源。
普通光源（白炽灯）光谱为连续光谱( 白炽灯的另一个特性是做灯丝的钨有正阻特性，工作时的热电阻远大于冷态时的电阻，在灯的启动瞬时有较大的合上主机的总电源开关。
2．松开图1－1中光源或三棱镜的升降固定螺钉，调节高度使光束对准三棱镜，转动三棱镜座使三棱镜毛面在后面，二个工作面（光面）的棱在前面。
然后调节涡杆角度使折射的投射面（狭缝端盖）上出现清晰的光谱。
如果光谱不清晰可轻微旋转光源罩（灯丝方向）和松开升降杆固定螺钉转动一个角度（光束方向）使光束对准三棱镜的工作面﹙要点:光束对准棱镜工作面﹑灯丝方向﹚。
3、关闭主机总电源开关。
将图1-1中的普通光源取下，换上半导体激光源（旋下前端盖小孔），将激光源与主机激光电源相应连接﹙注意颜色－极性﹚。
打开主机总电源开关，根据步骤2调节观察投射面现象（单色性）。
五、思考题1．解释实验现象。
2．半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的发散角一般为5º～10º,你如何利用实验装置和直尺完成最简易的发散角测量实验方法。
实验二 光敏电阻实验一、 实验目的：了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等基本特性。
二、 基本原理：在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。
光电导效应是半导体材料的一种体效应。
光照愈强，器件自身的电阻愈小。
基于这种效应的光电器件称光敏电阻。
光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。
三、 需用器件与单元：主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。
四、 实验步骤：1、亮电阻和暗电阻测量（1）图2-1是光敏电阻实验原理图（2）按图2-2光照度实验安装接线。
将照度计探头与主机小面板上照度计显示表Vi 口相连接。
《光敏二极管》课件
光敏二极管的特性
反应速度
光敏二极管具有非常快速的响应速度，可以在微秒级别内实现信号的转换。
灵敏度
光敏二极管对光信号的敏感度非常高，能够接收到非常微弱的光信号。
线性范围
光敏二极管在一定范围内具有线性响应特性，可以准确地将光信号转化为电信号。
光敏二极管的应用
1
光照度测量
光敏二极管可以用于测量光的强度和亮度，广泛应用于光照度测量领域。
《光敏二极管》PPT课件
这是一份关于光敏二极管的PPT课件，我们将深入探讨光敏二极管的定义、原 理、特性、应用、优缺点、保养和未来发展。让我们一起来了解这个令人着 迷的光电子元件。
什么是光敏二极管？
光敏二极管是一种能够将光信号转化为电信号的光电子元件。它通过光照射改变材料的电阻特性，从而实现电 信号的产生。
2
近红外光测量
光敏二极管对近红外光具有很好的响应能力，被广泛应用于近红外光测量和传感 器领域。
3
光谱测量
光敏二极管可以用于测量光的频谱特性，对于光谱分析具有重要作用。
光敏二极管的优缺点
• 优点：高灵敏度、快速响应、线性范围广 • 缺点：受到温度、湿度和光照等环境因素的影响
光敏二极管的保养
1 温度
总结
光敏二极管作为一种重要的光电子元件，在测量和传感领域具有广泛的应用。未来将面临更多的挑战和机遇， 我们需要不断探索创新，推动其发展。
保持光敏二极管在适宜的 工作温度或过低的湿度影响，防止 损坏。
3 光照
避免光敏二极管长时间处 于直接强光照射下，以免 影响其性能。
光敏二极管的未来
新技术
不断涌现的新技术将进一步提升光敏二极管的性能 和应用领域。
新应用
光敏二极管将在更多领域得到应用，如无线通信、 医疗设备、环境监测等。
第三章 光电传感器
2017/5/28
传感与检测技术
25
3.6.3
光电传感器的应用
图示为光电式数字转速表工作原理图。图(a)表示转轴上涂黑 (3) 光电转速传感器 白两种颜色的工作方式。当电机转动时，反光与不反光交替 出现，光电元件间断地接收反射光信号，输出电脉冲。经放 大整形电路转换成方波信号，由数字频率计测得电机的转速。 图(b)为电机轴上固装一齿数为z的调制盘〔相当图(a)电机轴 上黑白相间的涂色〕的工作方式。其工作原理与图(a)相同。 若频率计的计数频率为f，由下式： n=60f/z 即可测得转轴转速n(r/min)。
硅、硒光电池的频率特性
20
3.6.2
(5)
光电器件
光电池（有源器件）
④温度特性
指开路电压和短路电流 随温度变化的关系。
2017/5/28
传感与检测技术
21
3.6.3
光电传感器的应用
• 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等 优点,传感器的结构简单,形式灵活多样,体积 小。近年来,随着光电技术的发展,光电传感器 已成为系列产品,其品种及产量日益增加,在各 种轻工自动机上获得广泛的应用。
光 电 池 符 号
2017/5/28 传感与检测技术 14
3.6.2 光电器件 (5) 光电池（有源器件）
太 阳 电能 警供 示
LED
太阳能手机充电器 2017/5/28
太 阳 能 电 池
传感与检测技术 15
3.6.2 光电器件 (5) 光电池（有源器件）
结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅 状受光电极，下电极是一层衬底铝。 原理：当光照射PN结的一个面时，电子——空穴对 迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关 的电动势。一般可产生0.2V～0.6V电压50mA电流。
半导体器件的基本知识
1.4.2 光敏二极管
a) 光敏二极管伏安特性曲线
b) 光敏二极管图形符号
图1-17 光敏二极管伏安特性曲线及图形符号
1.4.3 发光二极管
发光二极管简写为LED，其工作原理与光电二极管相反。 由于它采用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，所以在通 过正向电流时，由于电子与空穴的直接复合而发出光来。
a) 发光二极管图形符号
b) 发光二极管工作电路
图1-18 发光二极管的图形符号及其工作电路
1.5 双极型晶体管
• 双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor， BJT），简称晶体管，它是通过一定的工艺 将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结 之间相互影响，BJT表现出不同于单个PN 结的特性，具有电流放大作用，使PN结的 应用发生了质的飞跃。
1．输入特性曲线 UCE=0V的输入特性曲线类似二极管正向于特性曲线。UCE≥1V时，集电极 已反向偏置，而基区又很薄，可以把从发射极扩散到基区的电子中的绝大 部分拉入集电区。此后，UCE对IB就不再有明显的影响，其特性曲线会向 右稍微移动，但UCE再增加时，曲线右移很不明显，就是说UCE≥1V后的 输入特性曲线基本是重合的。所以，通常只画出UCE≥1V的一条输入特性 曲线。
PN结的两端外加不同极性的电压时，PN结呈现截然 不同的导电性能。
1．PN结外加正向电压
当外加电压V，正极接P区，负极接N区时，称PN结外加正 向电压或PN结正向偏置(简称正偏)。外加正向电压后，外 电场与内电场的方向相反，扩散与漂移运动的平衡被破坏。 外电场促使N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正 空间电荷，P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间 电荷，整个空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子 的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（正向电流）。在 一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，PN结呈现出一 个阻值很小的电阻，称为PN结正向导通。
光敏二极管工作原理
光敏二极管工作原理光敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光电器件。
光敬二极管的电路符号、外形见图1所示。
其封装有金対和塑封两种（即圆柱形和扁方形）。
有的光敏二极管为了提商其稳定性，还外加了一个屏蔽接地脚.外形似光敏三极管。
光敏二极管工作干反向偏斥，其光谱响应特性主要由半导体材料中所掺的杂质浓度所决定。
同一型号的光敬二极管在一定的反偏电压、相同强度和不同波长的入射光照射下，产生的光电流并不相同，但有一最大值。
不同型号的光敬二极管在同一反偏电压、同一强度的入射光照射下，所产生的光电流最大值也不相同，且光电流最大值所对应的入射光的波长也不相同。
图2的曲线①、②分别是光敏二极管N DL 3 2 0 0 . NDL 5 8 0 0 C的光谱响应持性曲线。
由图可看出.它们的光电流的最大值分别在可见光区和红外线区.其中二极管N DL 3 2 0 0的光谱响应值最大。
由于光敏二极管的基木结构也是一个PN结，故其检测方法也与普通二极管相同，其测得的正.反向电阻也类似于普通二极管，但在测反向电阻遇光照时.阻值会明显减小.否则说明管子已损坏。
附表给出部分光敬二极管的主要参数.供参考°图3是用光敬二极管构成的路灯自动控制电路。
其原理是：白天受光照时光墩二极管反向电阻减小.足以使复合管（Q 1、Q 2）饱和导通的电流注入复合管基极.于是Q 1、Q 2饱和导通一继电器J得电一常闭触头被吸下一路灯供电回路被切断一灯泡思灭。
天黑时因光照很小一光墩二极管V D反向电阻大增一Q 1 . Q 2退出饱和而截止一J失电一常闭触头复位一电灯供电回路接通一路灯点亮。
光敏二极管应用与检测光敏二极管丄作时加有反向电压，没有光照时.其反向电阻很大，只有很微弱的反向饱和电流（暗电池）。
半有光照时.就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强，该亮电流就越大。
光敏二极管是一种光电转换二极管，所以又叫光电二极管。
测址光敏二极管时.先用黑纸或黑布遮住光敬二极管的光信号接收窗口.然后用万用表的Rxlk档其正. 反向电阻。
一结构和工作原理光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电
一结构和工作原理光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电§3.1.4光敏二极管第三章光电信息转换§3.1.4光敏二极管光敏二极管工作时一般加反相偏压，如图()所示，偏压，如图(b)所示，无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，止状态，这时只有少数载流子在方向偏压的作用下，渡越阻挡层，向偏压的作用下，渡越阻挡层，形成微小的方向电流，即暗电流。
成微小的方向电流，即暗电流当光敏二极管受光照时，结附近受光敏二极管受光照时，PN结附近受光子轰击吸收其能量而产生电子空穴对，从而使P区和区和N区的少数载流穴对，从而使区和区的少数载流子浓度大大增加，子浓度大大增加，在外加电场和内电场的共同作用下，区的电子渡电场的共同作用下，P区的电子渡越阻挡层进入N区越阻挡层进入区，N区的空穴进区的空穴进入P区，从而使通过结的方向电区从而使通过PN结的方向电流大大增加，这就形成了光电流。
流大大增加，这就形成了光电流。
第三章光电信息转换第三章光电信息转换§3.1.4光敏二极管减少负载电阻RL,可使上限频率fH提高第三章光电信息转换四.PIN管管电场主要分布在耗尽区内，耗尽区的电场足以使载流子的漂移速度达到极限值。
在扩散区，由于场的分布趋于零，所以运动速度很慢。
这样，就影响了光电检测器响应速度的提高。
因此为了保证光电检测器有§3.1.4光敏二极管层做成轻掺杂，将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。
这种层做成轻掺杂使耗尽区变宽或变厚。
掺杂很轻的N层称作本征称作本征I层另外，掺杂很轻的层,称作本征层；另外，为了制成低电阻的接触，层的两端再做成重掺杂的层的两端再做成重掺杂的P层低电阻的接触，在I层的两端再做成重掺杂的层和N层，并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。
这层并且它们的宽度很窄，或厚度很薄。
便构成了PIN型的光敏二极管。
型的光敏二极管。
样，便构成了型的光敏二极管这种管子的最大特点是频带宽可达10GHz频带宽，这种管子的最大特点是频带宽，可达另一特点是线性输出范围宽缺点是由于I层线性输出范围宽。
半导体基础知识答辩ppt课件
１.2.2 V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
0
u
反向饱和电流
导通压降 硅：0.7 V
死区
电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
(1)正向特性：
对应于图1-12曲线的第①段，为二极管伏特性的正向特 性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只 有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极 管呈现的正向电阻较小。一般硅管正向导通压降约为0.6～ 0.7V, 锗管约为0.2～0.3V。
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——本征激发产生，与温度有关 多子浓度——掺杂产生与，温度无关
1.2.1 PN结
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
正向电流
－ － －－
++ ++
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
动画演示
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
－ － －－
++ ++
光敏二极管和光敏三极管PPT课件
1: Erbium ASE light source 2: Fiber laser 3：LED, LD 4: Photo detector
1: Erbium ASE light source
• 用途：传感系统的光源
一些气体的特征吸收谱线
滤波器
I / μA
200 150 100
-50 -30 -10 10 30 50 T / ºC
100 I/mA
80 +20 ºC 60 40 20
0 1.0 2.0
-20 ºC
3.0 4.0 λ/μm
二、光电池
光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的
器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳 能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源 元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时， 在结的两端出现电动势。
1 23
4
5 6
RG
7
(a)结构
(b)电极
(c)符号
CdS光敏电阻的结构和符号
1--光导层; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳; 4--电极; 5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃; 7--电阻引线。
光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此要将导 光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连 接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能 改变电路中电流的大小，其连线电路如图所示。
信号处理
探测器
B: 本身就是传感器，如 DFB-FL
Construction & working principle
Energy transfer
Upconversion pump
(整理)光敏三极管的应用电路
光敏二极管和光敏三极管简介及应用光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。
一、光敏二极管1．结构特点与符号光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。
光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。
2. 光电转换原理根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。
此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。
当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。
不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。
被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。
波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。
在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。
因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。
二、光敏三极管光敏三极管和普通三极管的结构相类似。
不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。
其结构及符号如图Z0130所示。
三、光敏二极管的两种工作状态光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。
光敏二极管实现.doc
引言目前，光敏电阻和光敏二级管用于亮度调节非常广泛，两者都很方便的运用在光强自动调节的领域，比如说，学校的路灯，街道的路灯，都可以用光敏传感器来实现智能光调节功能，非常方便，外面的电路用了光敏传感器的反向连接功能，如果是白天的时候，路灯的电压就会减小到零，如果是晚上的时候，路灯的电压就会升高到一定值，使路灯变亮，这样就使得马路边的路灯不受人工控制，实现全智能化。
我相信在未来不久，只要有灯的地方，光敏传感器调节亮度这方面的电路将得到很广泛的应用，我们晚上玩手机屏幕的时候，手机的亮度很刺眼，会严重伤害眼睛，这时我们也应用光自动调节亮度的原理来实现这一功能，当外界的亮度很暗的时候，手机屏幕可自动调节它的亮度，使它的亮度小到一定的范围，合适为止，还有电脑屏幕的显示屏也是一样，这样不仅节约电，而且对眼睛还有保护作用，这个领域现在已经应用很广泛。
总之，亮度自动调节电路这方面的应用已经很广泛，生活中这方面的应用无处不在，使其不断趋向智能化。
1 系统硬件设计总体框图本文通过设计一个用光敏二极管进行亮度调节的电路，利用光敏二极管的反向PN 结来采集外部信号，电路可以实现用光敏二极管来控制灯的亮度，而且在数码管上显示它的亮度等级，通过做这个电路，让我更加熟悉光敏二极管的应用了解，本电路由五个部分组成，一是光敏二极管采集电路，二是运算放大器电路，三是电源部分电路、四是AD转换和数码管驱动模块、五是数码管显示电路，本设计框图如图1.1所示。
图1.1 总电路框图2 各部分电路分析2.1 光敏二极管采集电路2.1.1 光敏二极管简介光敏二极管也叫光电二极管，光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。
无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。
当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。
光敏传感器(光敏传感器)
第二节 常用光敏传感器工作原理
一、光敏电阻 ⑤ 温度特性 随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因 此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的 响应。
第二节 常用光敏传感器工作原理
一、光敏电阻 4.光敏电阻材料、结构、分类与工作原理 ①制作材料：半导体：硫化镉、硫化铅、硫化铊、 硫化铋、硒化隔、硒化铅、碲化铅等
第二节 常用光敏传感器工作原理
五、光电池 4.光电池特性 (c) 频率响应
指输出电流随调制光 频率变化的关系。
硅光电池具有较高的频率响应 ,用于高速计数的光电转换。
第二节 常用光敏传感器工作原理
五、光电池 4.光电池特性 (d) 温度特性
开路电压和短路电流 随温度变化的关系。 关系到应用光电池的 仪器的温度漂移，影响到 测量精度或控制精度等重 要指标。
第一节 光敏传感器基础知识
二、光敏器件与光电效应
1.光敏器件 把光信号转换为电信号的一种元器件。 常用的光敏器件有：光敏电阻、光敏二极管、 光敏三极管、光电池、热释电红外热敏器件等。 光敏器件的工作基础是光电效应。 2.光电效应 光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变 化的物理现象。 3.光电效应的分类
一、光敏电阻 3.光敏电阻基本特性 伏安特性
光照特性 光谱特性
响应时间和频率特性
温度特性
第二节 常用光敏传感器工作原理
一、光敏电阻 ① 伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流 之间的关系
• 在给定的偏压情况下，光照度 越大，光电流也就越大； • 在一定光照度下，加的电压越 大，光电流越大，没有饱和现象。 • 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， • 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
光敏二极管ppt课件
9
表2.2 2DU型光敏二极管的型号参数
正向压降：一定的正向电流时，它两端产生的压降。 表中的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。
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2.2.4 光敏二极管的应用
光谱特性 伏安特性 光照特性 温度特性 响应特性
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1.光谱特性－图2.2
入射光射度不变；输出的光电流（或相对灵敏度） 随光波波长的变化而变化。
入射光 波长长
入射光 波长短
时：光
时，光
子能量
波穿透
太小，
能力下不足以Fra bibliotek降，在
激发电
表面激
子-空
发电子-
穴对
空穴对
材料不同，其光谱响应峰值波长也不同。
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2.光强测量电路-图2.7
图由稳压管、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下降，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。
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3.照度计-图2.8便携式照度计电路
1.光电路灯控制电路 2.光强测量电路 3.照度计
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1.光电路灯控制电路-图2.6
从图可知，在无光射 时，光敏二极管（反 向）截止，电阻R1上 的压降VA很小，则晶 体管T1截止，T2截止， 继电器J不动作，路灯 保持亮。有光照射时， 光敏管产生光电流IL， R1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。
光敏二极管和三极管特性PPT资料优选版
降。
光敏晶体管的温度特性如下图所示。
但对红外光进行探测时，锗管较为适宜。
8-6-2光敏二极管和光敏三极管的特性 但对红外光进行探测时，锗管较为适宜。
从特性曲线可以看出，
温度变化对光电流影响很 从曲线可以看出，硅的峰值波长约为，锗的峰值波长约为，此特性时灵敏度最大，而当入射光的波长增加或缩短时，相对灵敏度也下
降。 光敏二极管和晶体管的光谱特性曲线如左图所示。
小，而对暗电流影响很大，
所以在电子线路中应该对 从特性曲线可以看出，温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大，所以在电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会
导致输出误差。
光敏二极管和晶体管的光谱特性曲线如左图所示。
暗电流进行温度补偿，否
下图为硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲线。 但对红外光进行探测时，锗管中可见，光敏晶体管的光电流比相同管型的二极管大上百倍。
一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。
光敏晶体管的温度特性性曲线
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光敏晶体（二极）管的光谱
外光进行探测时，锗管较为适宜。
伏安特性
下图为硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲线。从图中可 见，光敏晶体管的光电流比相同管型的二极管大上百倍。
硅光敏管的伏安特性
温度特性
光敏晶体管的温度特性如下图所示。
光敏晶体（二极）管的光谱
从图中可见，光敏晶体管的光电流比相同管型的二极管大上百倍。
光敏晶体管的温度特性是指其暗电流及光电流与温 从特性曲线可以看出，温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大，所以在电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会
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uL= iφ RL= S RL
光敏二极管
1.光电路灯控制电路
• 从图可知，在无光射时， 光敏二极管（反向）截 止，电阻R1上的压降VA 很小，则晶体管T1截止， T2截止，继电器J不动 作，路灯保持亮。有光 照射时，光敏管产生光 电流IL，R1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。
图为锗光敏二极管的光谱响应曲线，从图中可以看出 它的光谱响应长波限、短波限以及峰值响应波长。
光敏二极管
3. 伏安特性
光敏二极管的伏安特性的环境条件：环境照度不 变。在无偏压时，光敏二极管仍有光电流输出。 （光电效应性质）。
光敏二极管
4. 温度特性
图为光敏二极管在电压不变（50 伏）和照度不变的情况下，其光 电流I随温度T的变化。
将N层做成轻掺杂，使耗尽区变宽或变厚。这种掺杂很轻的N层,称作本 征I层；另外，为了制成低电阻的接触，在I 层的两端再做成重掺杂的P层和N层，并且 它们的宽度很窄，或厚度很薄。 这种管子的最大特点是频带宽、线性输出 范围宽。缺点是输出电流小，一般多为零 点几微安至数微安。
光敏二极管
五．APD
PIN管的缺点： ①耗尽区加宽但反向偏压又不能很高，故载流子的漂移时间要拉长 ②其光电流很微弱，使用时要多次放大，这要引进放大器的噪声 因此为了克服PIN管的缺点，首先使光电流在内部先进行放大。
光敏二极管
2.光强测量电路
• 图由稳压管、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下降，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。
光敏二极管
便携式照度计电路
便携式照度计电路如图2.8所示。其中，光电传感器TFA1001W 是将光敏二极管与放大器Rf集成在一起，使输出为线性，灵 敏度为5μ A/lx。此电路采用9V电池供电，接200Ω 负载电阻， 可获得的输出电压为17 S1—TFA1001W光电集成传感器灵敏度； Φ —光照灵敏度。
U 0 S1 RL
通状态。
光敏二极管
光 ＋ N P －
图 8-7 光敏二极管结构简图和符号
光敏二极管
•处于反向偏置状态， •无光照，其反向电阻很大，反向电流（暗电流）很小。 •有光照，PN结－＞电子-空穴对，参与导电（反向电压作用）， 大得多的反向电流（光电流）。光电流与光照强度成正比。 •外电路接上负载，便可获得随光照强弱变化的电信号。
光敏二极管
RL
E
图 8-8 光敏二极管接线图
光敏二极管
光敏二极管
2 光敏二极管的基本特性
• • • • • • 光照特性 光谱特性 伏安特性 光照特性 温度特性 响应特性
光敏二极管
1、光照特性
图为硅光敏二极管的光电流I与照度L的特性曲线。从 图中可以看出其光照特性线性较好。
光敏二极管
2、光谱特性
光敏二极管
5. 暗电流
图中曲线1和2分别为锗和硅光敏二极管的暗电流随温度变化的 曲线。硅器件的暗电流及其温度系数都比锗器件要小，因此对 锗器件要适当的温度补偿。
光敏二极管
6.频率特性
光敏二极管的频率特性较好。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。 其频率响应可以近似的用图所示的交流等效电路来计算
光敏二极管
四．PIN管（快速光敏二极管）
光敏二极管中PN结光生电流主要由耗尽层电子空穴在外加电场与内 电场的作用下的漂移运动形成的。因电场主要分布在耗尽区，所以 耗尽区的载流子漂移运动速度很快，而在扩散区，由于场的分布为 零，因此载流子的扩散运动速度很慢。这就影响了光电检测器件的 响应速度的提高。
RL
IP
Cj
RL
对于调制频率 =2 f 的入射光，输出电压Vo可表示为：
Vo= I P· RL [1+(CjRL)2]1/2
= Cj RL
可以计算出光敏二极管的上限频率：
光敏二极管
频率特性： • 负载电阻越大，频率响应越差 • 入射波长越长，频率响应越差
光敏二极管
三．电路
图是光敏二极管的输出电路和等效电路。图(a)和图(b)的差别是输
APD的工作原理：在加很高的反向偏压 后，P-N结内形成了很强的电场区。光 照后初始载流子在强电场下获得很大的动 能，因此在其高速运动过程中要与晶体中 的晶格发生碰撞作用，于是产生新的电子空穴对。经过多次碰撞电离后，便使载流 子迅速增加，从而反向电流也迅速增大形 成雪崩倍增效应。
光敏二极管 3.4.1 光敏二极。它装在透明玻璃外壳
中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-7）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-8），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导