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1、第四章 受光器件,4.1 受光器件的工作原理4.2 受光器件的结构4.3受光器件的特性4.4 受光器件的基本使用方法4.5 受光器件的应用例,2,4.1 受光器件工作原理,4.1.1 光敏二极管,3,1、入射截止长波长,4.1.1 光敏二极管,当入射光于的能量hEg时，不论入射光多么强，不会产生光生电流。当入射到PN结上的光于能量hEg条件下，光生电流会随入射光功率的变化呈线性变化，便把光信号转换成电流信号。,4,4.1.1 光敏二极管,2、电学特性,(1)没有光照时二极管的伏安特性曲线,5,4.1.1 光敏二极管,2、电学特性（2）光敏二极管的等效电路,I为输出电流ID为二极管的正向电流IP
2、为光电流IS为二极管的反向饱和电流,6,4.1.1 光敏二极管,2、电学特性（3）光敏二极管的电流-电压特性,当U=0时的输出电流ISC为短路电流:,当I=0时，两端的电压为开路电压VOC:,光敏二极管工作在反偏状态,7,3、响应速度 光敏二极管的响应速度用上升时间和下降时间来描述。,4.1.1 光敏二极管,(截止频率fc),8,截止频率：,1)在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间，称为漂移时间记为r；2)在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需要的时间，称为扩散时间记为p；3)由PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间RC。,4.1.1 光敏二极管,9,提高
3、响应速度的措施,（1）减小结电容,尽量减小结面积,尽量降低阴极层的杂质浓度,（2）减少扩散时间,4.1.1 光敏二极管,10,4.1.2 光敏三极管,11,1.光敏三极管工作原理,12,2.NPN光敏三极管的等效电路,IP为光电流hFE为晶体管的放大倍数,13,3.光电流与发射结的电压关系曲线,14,4.2受光器件的结构,4.2.1光敏二极管,15,光敏二极管剖面图,外形图,4.2.1光敏二极管,16,17,4.2.2光敏三极管,18,4.2.3 OPIC,19,4.2.3 OPIC,20,4.3受光器件的特性,4.3.1 分光灵敏度特性与方向性,1、分光灵敏度特性,2、方向性,21,4.3.
4、2光敏二极管的电学特性,当管心加上一定反压后，因为I层相对于P+区和N+区 是高阻区，反向偏压主要集中在这一区域，形成高电场区。光生载流子在强电场作用下在整个I层展开，并加速运动至电极的N+型层，因此载流子渡越时间非常短，大大提高了响应速度。,PlN型光敏二极管,23,光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高，是光敏二极管的数十倍，故输出电流要比光敏二极管大得多，一般为毫安级 但其他特性不如光敏二极管好，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。频率特性和温度特性也变差，故光敏三极管多用作光电开关或光电逻辑元件。,注意，一般光敏三极管的输出脚同光敏二极管相同，是二只而不是三只。,4.3.3光敏三极管,
5、24,4.3.3光敏三极管,为了得到更高的灵敏度和更大的输出电流，把光敏三极管和普通三极管按达林顿联接方法接在一起，封装在一个管壳内，称为光电达林顿管，如图所示。(P94),25,4.4 受光器件的基本使用方法,4.4.1、光敏二极管,一般情况下，光敏二极管接收到的入射光信号较弱，加之光电转换效率较低，需由晶体三极管或运算放大 器进行放大。,26,4.4.2 光敏三极管,1、光敏三极管基本电路,27,2、光敏三极管的基本工作点的确定,28,4.5 受光器件的应用例,4.5.1光敏二极管,1、基本放大电路（图4.29）,If,Ib,29,4.5.1光敏二极管,1、基本放大电路（图4.29）,30,1、基本放大电路（图4.29）,4.5.1光敏二极管,31,2、OP放大电路,(1)无偏置电路（电流放大型）,32,(2)反向偏置电路（阻抗变换型）,2、OP放大电路,33,(3)电容耦合电路,对于反向偏置电路，暗电流随温度的变化较大，为了减小这种影响，采用电容耦合电路不能对直流信号进行放大,34,(4)对数二极管,35,3、调制光检出电路,36,3、调制光检出电路,37,4.5.2 光敏三极管,1.基本电路（图4.33）,38,4.5.2 光敏三极管,2.基本放大电路（1）（图4.34）,39,本章要点,光敏二、三极管的结构与工作原理光敏二、三极管的电学特性光敏二、三极管的基本放大电路,
