主讲人吴琼水-武汉大学.PDF

传感器技术 主讲人 ：吴琼水 武汉大学电子信息学院 第8章 光电式传感器 第8章光电式传感器 一、概述 二、光电效应 三、光敏电阻 四、光电池 五、光电倍增管 六、光敏二极管和光敏三极管 七、电荷耦合器件 光敏二极管又称光电二极管，是一种光电转换器件，原理是利用PN结的光生伏特效 应，即光照到PN结上时，PN结吸收光能，产生电动势的现象。 光电二极管和光电池一样 ，其基本结构也是一个PN结。它和光电池相比 ，重要的 不同点是结面积小 ，因此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同 ，但输出电 流普遍比光电池小 ，一般为几µA到几十µA。 光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶， 可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。 光 光 P N R L P N 光敏二极管符号 光敏二极管接线 处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。 当光照时，结区产生电子－空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形 成光电流 ，方向与反向电流一致。 光的照度愈大 ，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此光照 时的反向电流基本上与光强成正比。 光敏二极管 硅光电二极管光谱响应曲线 光敏二极管 典型检测电路 光导模式- 光敏二极管 典型检测电路 光导模式超快大强度的脉冲光信号的检测- - 光敏二极管 典型检测电路 光伏模式超低光强低速信号检测- - / 光敏三极管有两个PN结，因而可以获得电流增益，它比光敏二极管具有更高的灵敏度。 其结构如图所示。 e c P N P b e c N P N b 当集电极加上正电压，基极开路时，集电结处于反 向偏置状态。 当光线照射在集电结的基区时，产生电子、空穴对 ， c 光生电子被拉到集电极 ，基区留下空穴，使基极与 发射极间的电压升高 ，相当于给发射结加了正向偏 b e RL 压，使电子大量流向集电极 ，形成输出电流，且集 电极电流为光电流的β倍。 如果照射在光敏管上的是波长一定的单色光，具有相同的入射光功率时，则输出的光 电流会随波长而发生变化。对于一定材料和工艺做成的光敏管，必须对应一定波长范 围的入射光才会响应，这就是光敏管的光谱响应。 100 硅的峰值波长为9000Å，锗 80 的峰值波长为15000Å。由 硅 锗 于锗管的暗电流比硅管大 ， 60 因此锗管的性能较差。故在 可见光或探测赤热状态物体 40