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第四章 光伏特探测器n掌握内容光伏特探测器原理和特性。n理解内容光伏探测器的电路偏置n了解内容第四章 光伏特探测器n4.1光伏特效应n4.2光伏探测器的工作模式n4.3光电池n4.4硅光电二极管和三极管 第四章 光伏特探测器n利用光生伏特效应制造的光电敏感器件称光生伏特器件。n光生伏特效应与光电导效应同属于内光电效应，但二者导电机理相差很大。4.1 光伏特效应n光生伏特效应：光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。n为何PN结会因光照产生光生伏特效应？n有下面两种情况：不加偏压的PN结处于反偏的PN结4.1 光伏特效应n无光照下的PN结4.1 光伏特效应n光照 无偏压PN结当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁带宽度（E0 Eg）,可激发出电子空穴对，在PN结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生电动势。基于这种效应的器件有：光电池I=Is0(eqU/KT 1)Ip 4.1 光伏特效应n处于反偏的PN结：无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，光子能量足够大，产生光生电子空穴对，在PN结电场作用下，形成光电流。电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。n具有这种性能的器件有：光敏二极管、光敏晶体管。I=Is0(eqU/KT1)Ip4.1 光伏特效应n思考：n为何结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？4.1 光伏特效应n正向偏置：无光电效应n反向偏置：光电导工作模式n零偏置：光伏特工作模式图4-2 光照下PN结及其伏安特性曲线4.2 光伏探测器的工作模式无光照时，伏安特性曲线与一般二极无光照时，伏安特性曲线与一般二极管的伏安特性曲线相同，二极管就工管的伏安特性曲线相同，二极管就工作在这个状态，伏安特性曲线处于第作在这个状态，伏安特性曲线处于第一象限。一象限。当当PNPN结上加有反偏结上加有反偏压时，暗电流随反压时，暗电流随反向偏压的增大有所向偏压的增大有所增大，最后等于反增大，最后等于反向饱和电流向饱和电流I0I0，而，而光电流光电流IpIp几乎与反几乎与反向电压的高低无关。向电压的高低无关。光电二极管和光电光电二极管和光电三极管就工作在这三极管就工作在这个象限。个象限。受光照后，光生电子受光照后，光生电子-空穴对在电场作用空穴对在电场作用下形成大于下形成大于I0I0的光电的光电流，并且方向与流，并且方向与I0I0相相同，因此曲线将沿电同，因此曲线将沿电流轴向下平移到第四流轴向下平移到第四象限，平移的幅度与象限，平移的幅度与光照的变化成正比，光照的变化成正比，即即Ip=SEEIp=SEE。光电池就。光电池就是依据这个原理工作是依据这个原理工作的。的。4.2 光伏探测器的工作模式4.2 光伏探测器的工作模式nPN结在光伏工作模式下的等效电路4.3 光电池n基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。n有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。n硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜光电池符号4.3 光电池太阳能手机充电器太阳能供LED电警示太阳能电池4.3.1 基本结构和工作原理n基本结构光电池核心部分是一个PN结，一般作成面积大的薄片状，来接收更多的入射光。在N型硅片上扩散P型杂质（如硼），受光面是P型层【2CR型】在P型硅片上扩散N型杂质（如磷），受光面是N型层【2DR型】4.3.1 基本结构和工作原理受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护作用。上电极做成栅状，为了更多的光入射。因光子入射深度有限，为使光照到PN结上，实际使用的光电池制成薄P型或薄N型。4.3.1 基本结构和工作原理为便于透光和减为便于透光和减小串联电阻小串联电阻抗反射膜，增透抗反射膜，增透和保护作用和保护作用4.3.1 基本结构和工作原理（a）光电池工作原理图 （b）光电池等效电路图 （c）进一步简化图4-7 光电池的工作原理图和等效电路有光照情有光照情况下况下4.3.2 硅光电池的特性参数n1、光照特性光照特性主要包括有：伏安特性、照度-电流电压特性和照度-负载特性。开路电压，光生电动势与照度之间关系称开路电压曲线，开路电压与光照度关系是非线性关系，在照度2000lx下趋于饱和。短路电流，短路电流与照度之间关系称短路电流曲线，短路电流是指外接负载RL相对内阻很小时的光电流。4.3.2 硅光电池的特性参数n不同照度时的伏-安特性曲线：图4-8 硅光电池伏安特性曲线一般硅光电池工作在一般硅光电池工作在第四象限。若硅光电第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，池工作在反偏置状态，则伏安特性将延伸到则伏安特性将延伸到第三象限。第三象限。无光照时，光电无光照时，光电池伏安特性曲线池伏安特性曲线与普通半导体二与普通半导体二极管相同。极管相同。曲线与电压曲线与电压轴交点称为轴交点称为开路电压开路电压U UOCOC。有光照时，沿电有光照时，沿电流轴方向平移，流轴方向平移，平移幅度与光照平移幅度与光照度成正比。度成正比。曲线与电流轴曲线与电流轴交点称为短路交点称为短路电流电流I ISCSC。OPQPM4.3.2 硅光电池的特性参数E=0时，4.3.2 硅光电池的特性参数n考虑两种情况：n（1）当负载电阻断开时，P端对N端的电压称为开路电压。n得到：在一定温度下，开路电压与光电流的对数成正比，也可以说与照度或光通量的对数成正比。4.3.2 硅光电池的特性参数n（2）当负载电阻短路时(实际为外接负载RL相对内阻很小时)，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短路电流。n这时p-n结光电器件的短路光电流与照度（弱照度）或光通量成正比。4.3.2 硅光电池的特性参数4.3.2 硅光电池的特性参数硅光电池的Uoc、Isc与照度的关系 光电池的短路光电流光电池的短路光电流I Iscsc在在很大范围内与入射光照度成很大范围内与入射光照度成正比。正比。短路电流输出：线性好短路电流输出：线性好(电电流流-光强光强)，灵敏度低。，灵敏度低。光电池在不同的光强照射下可产光电池在不同的光强照射下可产生不同的光电流和光生电动势。生不同的光电流和光生电动势。开路电压开路电压U UOCOC与光照度的对与光照度的对数成正比，非线性的，并数成正比，非线性的，并且当照度在且当照度在2000lx2000lx时趋于时趋于饱和。饱和。开路电压输出：非线性开路电压输出：非线性(电压电压-光强光强)，灵敏度，灵敏度高。高。开关测量（开路电压输出），线开关测量（开路电压输出），线性检测（短路电流输出）性检测（短路电流输出）4.3.2 硅光电池的特性参数电流、电压与受光面积的关系开路电压开路电压U UOCOC和短路电和短路电流流I Iscsc与光电池受光面与光电池受光面积也有关系。在光照积也有关系。在光照度一定时，度一定时，U UOCOC与受光与受光面积的对数成正比，面积的对数成正比，短路电流短路电流I Iscsc与受光面与受光面积成正比。积成正比。4.3.2 硅光电池的特性参数光电池不同负载电阻下的光电特性光电流在弱光照射下与光光电流在弱光照射下与光照度成线性关系。光照增照度成线性关系。光照增加到一定程度后，输出电加到一定程度后，输出电流非线性缓慢地增加，直流非线性缓慢地增加，直至饱和，并且负载电阻越至饱和，并且负载电阻越大，越容易出现饱和，即大，越容易出现饱和，即线性范围较小。线性范围较小。因此，在要求输出电流与因此，在要求输出电流与光照度成线性关系时，负光照度成线性关系时，负载电阻在条件许可的情况载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限制在适下越小越好，并限制在适当的光照范围内使用。当的光照范围内使用。4.3.2 硅光电池的特性参数n光电池作测量元件使用时，一般不做电压源使用，而作为电流源的形式应用。n测量用光电池主要作为光电探测用，对它的要求是线性范围宽、灵敏度高、光谱响应合适、稳定性好、寿命长，被广泛应用在光度、色度、光学精密计量和测试中。4.3.2 硅光电池的特性参数n2、光谱特性光谱特性表示在入射光能量保持一定的条件下，光电池所产生的短路电流与入射光波之间的关系。器件的长波限取决于材料的禁带宽度，短波则受材料表面反射损失的限制，其峰值不仅与材料有关，而且随制造工艺及使用环境温度不同而有所不同。4.3.2 硅光电池的特性参数光电池对不同波长的光灵敏光电池对不同波长的光灵敏度不同。度不同。硅光电池的光谱响应峰值在硅光电池的光谱响应峰值在0.8m0.8m附近，波长范围附近，波长范围0.40.41.2m1.2m。硅光电池可在很。硅光电池可在很宽的波长范围内应用。宽的波长范围内应用。硒光电池光谱响应峰值在硒光电池光谱响应峰值在0.5m0.5m附近附近,波长范围波长范围0.380.380.75m0.75m。4.3.2 硅光电池的特性参数n3、频率特性频率特性指光电池相对输出电流与光的调制频率之间关系。4.3.2 硅光电池的特性参数硅、硒光电池的频率特性 硅、硒光电池的频率特硅、硒光电池的频率特 性不同，硅光电池频率性不同，硅光电池频率 响应较好，硒光电池较响应较好，硒光电池较差。硅光电池是目前使差。硅光电池是目前使用最广泛的光电池。用最广泛的光电池。所以高速计数器的转换所以高速计数器的转换 一般采用硅光电池作为一般采用硅光电池作为 传感器元件。传感器元件。4.3.2 硅光电池的特性参数负载大时频率负载大时频率特性变差。特性变差。减小负载可减小减小负载可减小时间常数，提高时间常数，提高频响，但会使输频响，但会使输出电压降低。出电压降低。4.3.2 硅光电池的特性参数要得到短的响要得到短的响应时间，必须应时间，必须选用小的负载选用小的负载电阻。电阻。光电池面积越大光电池面积越大则响应时间越大。则响应时间越大。4.3.2 硅光电池的特性参数n4、温度特性光电池的参数随工作光电池的参数随工作环境温度改变而变化。环境温度改变而变化。随着温度的上升，硅随着温度的上升，硅光电池的光谱响应向光电池的光谱响应向长波方向移动。长波方向移动。光电池做探测器件时，光电池做探测器件时，测量仪器应考虑温度测量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。的漂移，要进行补偿。开路电压具有负温度开路电压具有负温度系数，而短路电流具系数，而短路电流具有正温度系数。即开有正温度系数。即开路电压下降，短路电路电压下降，短路电流上升。开路电压下流上升。开路电压下降大约降大约23mV/23mV/度，度，短路电流上升大约短路电流上升大约1010-5-51010-3-3mA/mA/度。度。4.3.2 硅光电池的特性参数n5、稳定性当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时,光电池的性能是相当稳定的,使用寿命也很长。硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命除了与光电池的材料及制造工艺有关外,在很大程度上还与使用环境条件有密切关系。如在高温和强光照射下,会使光电池的性能变坏,而且降低使用寿命,这在使用中要加以注意。4.3.3 光电池偏置电路n将硅光电池直接与负载电阻RL连接，成为无偏置电压的电路，又称自给偏置电路。(a)基本形式 (b)等效电路 (c)图解法图4-14 硅光电池无偏置电路4.3.3 光电池偏置电路n可以用图4-14（c）定性分析，也可定量地描述负载电阻和入射光通量对电路工作状态（I、U、P）的影响，即：4.3.3 光电池偏置电路线性电压线性电压放大放大空载电压空载电压输出输出短路或线性短路或线性电流放大电流放大功率放大功率放大4.3.3 光电池偏置电路n1、短路或线性电流放大电流变换状态RLRm，且RL0电流与光照度成线性关系后续放大电路输入阻抗尽可能小弱光检测4.3.3 光电池偏置电路n2、线性电压输出RLRm且RL开路电压与入射光通量的对数成正比采用高输入阻抗放大器或采用阻抗变换器弱光检测4.3.3 光电池偏置电路n太阳能电源电路光电池作功率输出电路最佳负载曲线 防止蓄电池经防止蓄电池经光电池放电。光电池放电。保证在黑夜或保证在黑夜或光线微弱时可光线微弱时可正常供电。正常供电。多个光电池串多个光电池串并联连接，组并联连接，组装成光电池组。装成光电池组。负载随负载随E E变化，变化，须根据具体情须根据具体情况选择合适值。况选择合适值。4.3.3 光电池偏置电路n使用特点特点是工作时不需外加偏压，接收面积小，使用方便。缺点是响应时间长，它由结电容和外接负载电阻的乘积决定。其掺杂浓度高。电阻率低(为0.10.01/cm)易于输出光电流；硅光电池较广泛用于充电储能。硅光电池的长波限由硅的禁带宽度决定，为1.15um峰值波长约为0.8um。如果P型硅片上的N型扩散层做得很薄(小于0.5um)，峰值波长可向着短波方向微移，对兰紫光谱仍有响应。4.3.4 光电池的应用n1、作电流源使用作为测量元件使用时,常当作电流源使用。光电池的受光面积,一般要比光电二极管和光电三极管大得多,因此它的光电流比后两者大,受光面积越大光电流也越大。适于需要输出大电流的场合。4.3.4 光电池的应用n电流源使用4.3.4 光电池的应用n电流源使用光电池作为控制元件时通常接非线性负载，控制晶体管工作。图 光电池接非线性负载的情况4.3.4 光电池的应用n电流源使用光电池作为电源使用时，根据使用要求进行连接。需要高电压时应将光电池串联使用。需要大电流时应将光电池并联使用。4.3.4 光电池的应用n电流源使用光电池电路连接 4.3.4 光电池的应用n电流源使用图 用可变电阻RW、二极管D产生所需的附加电压 4.3.4 光电池的应用n2、作电压源使用硅光电池的开路（负载电阻RL趋于无限大时）电压与照度的关系是非线性的。作为测量元件使用时,一般不宜当作电压源使用。适合于开关电路或继电器工作状态。4.3.4 光电池的应用n电压源使用 图 加反向电压的光电池 (a)电路；(b)伏安特性曲线 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n光电二极管和光电池基于光电二极管和光电池基于p-np-n结的光电效应而结的光电效应而工作。工作。n可见光及红外光谱区。可见光及红外光谱区。n硅光电二极管通常工作在反偏置条件下，即光硅光电二极管通常工作在反偏置条件下，即光电导工作模式。电导工作模式。n硅光电二极管也可工作在零偏置状态，即光伏硅光电二极管也可工作在零偏置状态，即光伏工作模式：暗电流等于零。工作模式：暗电流等于零。n光电三极管工作原理主要基于光生伏特效应。光电三极管工作原理主要基于光生伏特效应。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n1、光电二极管结构PN结单向导电的非线性元件为了提高转换效率大面积受光，PN结面积比一般二极管大。硅光敏二极管结构硅光敏二极管结构 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管工作原理反向偏置状态无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，PN结处产生光生电子空穴对；在电场作用下形成光电流。光敏二极管基本电路光敏二极管基本电路 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管基本特性光照特性光电流与照度成线性关系。硅光电二极管光照特性硅光电二极管光照特性4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管伏安特性反向偏压较低时，光电流随电压变化比较敏感。反向偏压加大，光生电流趋于饱和。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管光谱特性入射波长900nm时，响应下降。入射波长900nm时，响应也逐渐下降。硅光敏二极管光谱响应硅光敏二极管光谱响应 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管温度特性暗电流对温度变化很敏感。光敏二极管暗电流与温度关系光敏二极管暗电流与温度关系 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管频率响应与本身的物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。图图4-26 2CU4-26 2CU型硅光电二极管型硅光电二极管的响应时间的响应时间-负载曲线负载曲线光敏二极管频率响应曲线光敏二极管频率响应曲线4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管硅光电二极管的频率响应还可以用等效电路来计算(a)(a)实际电路实际电路 (b)(b)等效电路等效电路 (c)(c)高频简化等效电路高频简化等效电路 (d)(d)低频等效电路低频等效电路4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管影响频率响应的主要因素是：光生载流子在P区的扩散时间p；在势垒区的漂移时间d；结电容和负载电阻决定的电路时间常数c。载流子的总渡越时间为p+d+c，实际决定于c。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n2、光电三极管结构基极集电极结作为光敏二极管集电结做受光结基极无引线，集电结加反偏玻璃封装上有个小孔光敏晶极管结构光敏晶极管结构 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管硅（Si）光敏晶体极管一般都是NPN结构，光照射在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极之间的电压升高，这样，发射极便有大量电子经基极流向集电极，形成三极管输出电流，使晶体管具有电流增益。在负载电阻RL上的输出电压为：晶体管电流放大系数晶体管电流放大系数 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管工作原理集电极反偏置，发射极正偏置。光信号是在集-基结区内进行光电变换后，再由集电极、基极和发射极构成的晶体三极管中放大而输出电信号的。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管基本特性光照特性弱光照时有弯曲强光照时趋于饱和只有在某一段线性较好硅光电三极管光照特性硅光电三极管光照特性4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管伏安特性光敏晶体管具有放大作用。光敏晶体管的等效电路光敏晶体管的等效电路光敏晶体管的伏安特性曲线光敏晶体管的伏安特性曲线4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管光谱特性硅管峰值波长在0.9m附近（可见光）锗管的峰值波长约为1.5m（红外光）光敏晶体管光谱特性 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管响应时间和频率特性：光电三极管频率响应除与光电二极管相同外，还受光电三极管基区渡越时间和发射结电容的限制。一般在510us。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管温度特性：光电流均随温度而变化，由于暗电流的增加，使输出信噪比变差，不利于弱光信号的探测，若弱信号检测时要考虑温度的影响，要采取恒温或补偿措施。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n3、其他类型的光电二极管制作PN结的材料，可以是同一种半导体中参杂突变形成的同质结，也可以是由两种不同的半导体材料接触形成的异质结，或金属与半导体结合形成的肖特基结。“结”指一个单晶体内部根据杂质的种类和含量的不同而形成的接触区域，严格说是指其中的过渡区。结的种类很多，常见的有：PN结、PI结、NI结、P+P结、N+N结。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管nPIN型光电二极管型光电二极管P P型型、本本征征型型及及N N型型硅硅PINPIN光光电电二二极极管管是是常常用用的光电探测器的光电探测器;有较高的灵敏度有较高的灵敏度;有有高高的的反反向向击击穿穿压压，时时间间常常数数小小。通通常常可可在在较高的反向偏压下工作；较高的反向偏压下工作；结电容小，响应速度快；结电容小，响应速度快；对红外波长电有较好的响应对红外波长电有较好的响应.4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n雪崩型硅光电二极管(APD)雪崩型硅光电二极管是一种具有内增益的半导体光敏器件。处于反向偏置的PN结，其势垒区内有很强的电场，当光照射到PN结上时。便产生了光生载流子。光生载流子在这个强电场作用下，将加速运动。光生载流子在运动过程中，可能碰撞其它原子而产生大量新的二次电子空穴对。它们在运动过程中也获得足够大的动能，又碰撞出大量新的二次电子空穴对。这样下去象雪崩一样迅速地碰撞出大量电子和空穴，形成强大的电流，便形成倍增效应。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管特点：电流增益大 灵敏度高频率响应快不需要后续庞大的放大电路在微弱辐射信号的探测方面被广泛地应用。其缺点是工艺要求高，稳定性差，受温度影响大4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管nPIN型硅光电二极管高速光电二极管，响应时间达1nS，适用于遥控装置。n雪崩式光电二极管具有高速响应和放大功能，高电流增益，可有效读取微弱光线，用于0.8m范围的光纤通信、光磁盘受光元件装置。n光电闸流晶体管（光激可控硅）由入射光线触发导通的可控硅元件。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n达林顿光电三极管（光电复合晶体管）输入是光电三极管，输出是普通晶体管，增益大，I=IgI1I2 。n光敏场效应晶体管具有灵敏度高、线性动态范围大、光谱响应范围宽、输出阻抗低、体积小等优点。广泛用于对微弱信号和紫外光的检测。n半导体色敏传感器可直接测量从可见光到红外波段的单色辐射波长。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n光电耦合器件“光耦”器件由发光元件和接收光敏元件（光敏电阻、光敏二极管、晶体管等）集成在一起，发光管辐射可见光或红外光，受光器件在光辐射作用下控制输出电流大小。通过电光、光电，两次转换进行输入输出耦合。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管“光耦”集成器件的特点：输入输出完全隔离，有独立的输入输出抗，器件有很强的抗干扰能力和隔离性能可避免振动、噪声干扰。特别适宜做数字电路开关信号传输、逻辑 电路隔离器、计算机 测量、控制系统中做 无触点开关等。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n 光电开关透射式当不透明物质位于中间时会阻断光路，接受器产生相应的电信号。反射式光电开关的发射与接受器件光轴在同一平面上，以某一角度相交，交点处为待测点，当有物体经过待测点时，接受元件接收到物体表面反射的光线。光电开关结构与外形光电开关结构与外形4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n光电二极管的使用要点光电二极管将在交流小信号下工作，如果器件的响应速度跟不上光信号的变化，输出的光电流将随着调制频率的提高而减小。光电二极管的响应时间取决于光生载流子扩散到结区的时间，它们在势垒区中的漂移时间和势垒区电容引起的介电驰豫时间等三个因素。对于不同波长的光，器件的响应时间不同。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n为了提高器件的响应速度，可采取如下措施：减小PN结面积，即选用光敏面积小的器件。适当增加工作电压。尽量减小分布电容。在电路设计中选用最佳的负载电阻RL，做到既不至于使输出信号的幅度过分降低，又能满足电路对时间常数的要求。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n（二）光电二极管的使用方式n1、反偏法（1）当光强恒定或缓慢变化4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管反偏运用的两个基本电路反偏运用的两个基本电路4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n（2）光强频率变化很高脉冲光可以看成一个恒定光和许多正弦调制光的叠加，输出的光信号电压亦是这些光分别产生的光电信号电压之和。由于二极管在反向偏压下的动态电阻远大于负载电阻，放大器的输入电阻通常也比大得多。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n反偏运用对于检测微弱的恒定光是不利的。n二极管的光电流与暗电流接近时，光电信号是难以取出的。n这时常采用斩波方法，把微弱恒定光转换为调制光，再对光电信号进行锁相放大，能够极大的提高检测灵敏度。n使用斩波器时，需要对它的形状和光路进行细致分析，方能找到光电信号和被测光通量的正确关系。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n2、开路法4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n3、短路法 光电二极管短路运用的电路光电二极管短路运用的电路 光电二极管短路运用的等效电路光电二极管短路运用的等效电路 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n反偏法：可减小结电容，有最小的时间常数，适于脉冲和高频调制光的探测。但存在暗电流的干扰，不宜微弱的恒定光和低速调制光。n短路法：使光电输出信号不出现暗电流，适宜恒定和低速微弱光的测量。n开路法：较少使用。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n（三）光电三极管的使用要点1、无基极引线光电三极管电流控制电路光电三极管电流控制电路 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管2、有基极引线有基极引线光电三极管的实际电路有基极引线光电三极管的实际电路 4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n结型器件和光电导器件相比较，主要区别：n产生光电变换的部位不同。光敏电阻不管哪一部分受光，受光部分的电导率就增大；而结型器件，只有照射到PN结区或结区附近的光才能产生光电效应，光在其它部位产生的非平衡载流子，大部分在扩散中符合掉，只有少部分通过结区，但又被结电场所分离，因此对光电效应基本上没有贡献。n光敏电阻没有极性，工作时必须外加电压；而结型光电器件有确定的正负极性，在没有外加电压下也可以把光信号转换成电信号。4.4 硅光电二极管和 硅光电三极管n光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动，驰豫过程的时间常数较大，频率响应较差；结型的光电效应主要是依赖结区非平衡载流子中部分载流子的漂移运动，电场主要加在结区，驰豫过程的时间常数（可用结电容和电阻之积表示）相应较小，因此响应速度较快。n有些结型光电器件，如光电三极管、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用，灵敏度较高，也可以通过较大的电流，因此，结型光电器件一般应用于精密光学仪器、光度色度测量、光电自动控制、光电开光、光继电器、报警系统、电视传真、图象识别等方面。