光电信号检测第三章(二)讲解

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。
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
I/μA
3.0 2.0 1.0 0 200 400 600 800 1000
L/lx
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、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）
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。