光电信号检测第三章(二)讲解

光电三极管的工作原理
c b
Ip Ib Ic Vo
集电极 集电极
e
基极
发射极
发射极
I c I p I p 1 I p
光敏三极管的结构原理、工作原理和电气图 形符号。
光电三极管的工作原理
工作过程：一、光电转换；二、光电流放 大。
VCC
基本 应用 电路
VCC
达林顿光电三极管电路
3、路灯、霓虹灯的自动控制电路
如要求路灯 控制灵敏，可采 用如图电路。
防止闪电等短时干扰的路灯控制电路
印刷机纸张监控器
印刷机纸张监控器可以自动监测每次印刷的 纸张是否为一张，如果不是一张则发出报警讯响， 停止印刷，待整理好纸张后，再开始工作。
光控电焊眼罩
汽车车灯全自动控制器
3.3.3 光电倍增管 Photo-Multiplier tube （PMT）
光电三极管的频率特性
相100 对 80 灵 60 敏 度 40 /% 20 0
RL=100kΩ
RL=1kΩ
RL=10kΩ
100
500
1000
5000 10000 调制频率 / Hz
光电三极管的应用电路
光电三极管主要应用于开关控制电路及逻辑电 路。
J A R2
3DG 12 V
R1 A R2
J
3DG 12 V
暗电流/mA
50 25 0 10 20 30 40 50 60 70
光电流/mA
400 300 200 100 0
T /º C
10 20 30 40 50 60 70 80
T/º C
光电三极管的温度特性
光电三极管的主要特性：
频率特性 光电三极管的频率特性曲线如图所示。光电 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，光电三极管 的频率响应比光电二极管差。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。
光电倍增管是建立在光电子发射效应、二次电子发射效应和电子光学理论的基础上，能够将微弱光信号转换成光电子并获得倍 增效应的真空光电发射器件。
真空光电管
阴极 e
光束 阳极丝（Ni）
阴极表面可涂渍不 抽真空 直流放大 同敏物质：高灵敏(K, Cs,Sb其中二者)、红光 R 敏(Na/K/Cs/Sb, Ag/O/ 90V DC + Cs)、紫外光敏、平坦 响应(Ga/As，响应受波长影响小)。产生的光电流约 为硒光电池的1/10。
伏安特性
6 4 2 0
I/mA
2500lx
2000lx 1500lx
1000lx 500lx U/V
20
40
60
80
光电三极管的主要特性：
光照特性 光电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，从而使光电三极 管既可作线性转换元件，也可作开关元件。
R1
1．亮通光电控制电路
当有光线照射于光电 器件上时，使继电器有足
够的电流而动作，这种电
路称为亮通光电控制电路， 也叫明通控制电路。最简 单的亮通电路如图所示。
2．暗通光电控制电路
如果光电继电器不受
光照时能使继电器动作，
而受光照时继电器释放， 则称它为暗通控制电路。
另一种方法是在亮通电路的基础上加一级倒 相器，也可完成暗通电路的作用。 要说明的是，亮通和暗通是相对而言的，以 上分析都是假定继电器高压开关工作在常开状 态，如工作在常闭状态，则亮通和暗通也就反 过来。
相 对 80 灵 敏 60 度 40 20 0
100
硅
硅的峰值波长为 900nm， 锗的峰值波长为 1500nm 。 由于锗管的暗电流比硅管 锗 大，因此锗管的性能较差。 故在可见光或探测赤热状 态物体时，一般选用硅管； 但对红外线进行探测时 , 则 入射光 采用锗管较合适。
8000 12000 16000
I/μA
3.0 2.0 1.0 0 200 400 600 800 1000
L/lxΒιβλιοθήκη Baidu
光敏晶体管的光照特性
光电三极管的主要特性：
温度特性 光电三极管的温度特性曲线反映的是光电三极 管的暗电流及光电流与温度的关系。从特性曲线 可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对 暗电流的影响很大．所以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。
3.3.2 光电三极管的基本结构
光电晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大 作用。只是它的集电极电流不只是受基极电路 的电流控制，也可以受光的控制。 光电晶体管的外形，有光窗、集电极引出线、 发射极引出线和基极引出线（有的没有）。 制作材料一般为半导体硅，管型为NPN型， 国产器件称为3DU系列。
λ/nm
/%
4000
光电三极管的主要特性：
伏安特性 光电三极管的伏安特性曲线如图所示。光电三 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。光电三极管能把光信 号变成电信号，而且输出的电信号较大。
光电晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出 电流也比光电二极管大，多为毫安级。 但它的光电特性不如光电二极管好，在较强 的光照下，光电流与照度不成线性关系。 所以光电晶体管多用来作光电开关元件或光 电逻辑元件。
正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为 反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。 当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向 基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放 大的电流Ic＝Ie＝（1＋β ）Ip,β 为电流放大倍 数。 因此，光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管 在上偏流电路中接一个光电二极管的作用是完全 相同的。
为了提高光电三极管的频率响应、增益和减小 体积。将光电二极管、三极管制作在一个硅片上 构成集成器件。
光电三极管的主要特性：
光谱特性 光电三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。 当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因 为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入 射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由 于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面 激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵 敏度下降。