第三章之光电三极管PPT课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
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。
8
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。
伏安特性
I/mA
6
4
2500lx
2000lx 1500lx
制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。
RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ
相100
对 80
灵 敏
60
度 40
/% 20
0
100 500 1000 5000 10000 调制频率 / Hz
光电三极管的频率特性
11
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。
300
25
200
0
10 20 30 40 50 60 70 T /ºC
100 0
10 20 30 40 50 60 70 80 T/ºC
光电三极管的温度特性
10
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
2
1000lx
500lx
0
U/V
20
40
60
80
9
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。
暗电流/mA
光电流/mA
50
400
• 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。
2
• 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。
基区面积做得较大，发射区面积却做得较小 ，入射光线主要被基区吸收。与光电二极管一 样，入射光在基区中激发出电子与空穴。在基 区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空 穴被积聚在靠近发射区的一边。
16
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。
17
光控电焊眼罩 汽车车灯全自动控制器
18
3.3.3 光电倍增管
Photo-Multiplier tube （PMT） 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。
3
由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果 相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起 了倍率为β+1(相当于三极管共发射极电路中的电流 增益)的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理 。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 100
对 灵
80
硅
敏 度
60
百度文库40
20 0
4000
8000
12000
锗
入射光 16000 λ/nm
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 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 采用锗管较合适。
19
真空光电管
光束
阴极
e
阳极丝（Ni）
抽真空
直流放大
R
- 90V DC +
阴 极 表 面 可 涂 渍 不 同 光 敏 物 质 ： 高 灵 敏 (K,Cs,Sb 其 中 二 者 ) 、 红 光 敏 (Na/K/Cs/Sb, Ag/O/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。
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。
14
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。
15
防止闪电等短时干扰的路灯控制电路
3.2.2 光电三极管
• 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）。
• NPN型， • 国产器件称为3DU系列。
1
• 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。
4
光电三极管的工作原理
c
Ip
Ic
b Ib
e
Vo
集电极
集电极
基极
发射极
发射极
Ic IpIp 1 Ip
光敏三极管的结构原理、工作原理和电气图形符号 5
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
6
集成光电器件 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
优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。
缺点：有微小暗电流（Dark current，40K的放射线激发）。
20
光电倍增管的结构及工作原理
倍增极
阳极
阴极在光照下发射出光电子，光电子受到电极间电场作用 获得较大能量打在倍增电极上，产生二次电子发射，经过多 极倍增的光电子到达阳极被收集而形成阳极电流，随光信号 的变化。在倍增极不变的条件下，阳极电流随光信号变化。
J
A
R2
R1
3DG 12 V
R1
J
A
R2
3DG 12 V
12
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 。
13
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。
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。
8
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。
伏安特性
I/mA
6
4
2500lx
2000lx 1500lx
制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。
RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ
相100
对 80
灵 敏
60
度 40
/% 20
0
100 500 1000 5000 10000 调制频率 / Hz
光电三极管的频率特性
11
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。
300
25
200
0
10 20 30 40 50 60 70 T /ºC
100 0
10 20 30 40 50 60 70 80 T/ºC
光电三极管的温度特性
10
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
2
1000lx
500lx
0
U/V
20
40
60
80
9
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。
暗电流/mA
光电流/mA
50
400
• 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。
2
• 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。
基区面积做得较大，发射区面积却做得较小 ，入射光线主要被基区吸收。与光电二极管一 样，入射光在基区中激发出电子与空穴。在基 区漂移场的作用下，电子被拉向集电区，而空 穴被积聚在靠近发射区的一边。
16
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。
17
光控电焊眼罩 汽车车灯全自动控制器
18
3.3.3 光电倍增管
Photo-Multiplier tube （PMT） 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。
3
由于空穴的积累而引起发射区势垒的降低，其结果 相当于在发射区两端加上一个正向电压，从而引起 了倍率为β+1(相当于三极管共发射极电路中的电流 增益)的电子注入，这就是硅光电三极管的工作原理 。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 100
对 灵
80
硅
敏 度
60
百度文库40
20 0
4000
8000
12000
锗
入射光 16000 λ/nm
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 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 采用锗管较合适。
19
真空光电管
光束
阴极
e
阳极丝（Ni）
抽真空
直流放大
R
- 90V DC +
阴 极 表 面 可 涂 渍 不 同 光 敏 物 质 ： 高 灵 敏 (K,Cs,Sb 其 中 二 者 ) 、 红 光 敏 (Na/K/Cs/Sb, Ag/O/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。
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。
14
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。
15
防止闪电等短时干扰的路灯控制电路
3.2.2 光电三极管
• 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）。
• NPN型， • 国产器件称为3DU系列。
1
• 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。
4
光电三极管的工作原理
c
Ip
Ic
b Ib
e
Vo
集电极
集电极
基极
发射极
发射极
Ic IpIp 1 Ip
光敏三极管的结构原理、工作原理和电气图形符号 5
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
6
集成光电器件 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
优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。
缺点：有微小暗电流（Dark current，40K的放射线激发）。
20
光电倍增管的结构及工作原理
倍增极
阳极
阴极在光照下发射出光电子，光电子受到电极间电场作用 获得较大能量打在倍增电极上，产生二次电子发射，经过多 极倍增的光电子到达阳极被收集而形成阳极电流，随光信号 的变化。在倍增极不变的条件下，阳极电流随光信号变化。
J
A
R2
R1
3DG 12 V
R1
J
A
R2
3DG 12 V
12
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 。
13
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。