第3章第1.4 光敏二極管新

3.4.1光敏二極管

1.結(jié)構(gòu)原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射（見圖8-7）。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)（見圖8-8），在沒有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流稱為暗電流，當(dāng)光照射在PN結(jié)上，光子打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)處的內(nèi)電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光的照度越大，光電流越大。因此光敏二極管在不受光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖8-7光敏二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和符號(hào)處于反向偏置狀態(tài)，無光照，其反向電阻很大，反向電流（暗電流）很小。有光照，PN結(jié)－＞電子-空穴對(duì)，參與導(dǎo)電（反向電壓作用），大得多的反向電流（光電流）。光電流與光照強(qiáng)度成正比。外電路接上負(fù)載，便可獲得隨光照強(qiáng)弱變化的電信號(hào)。圖8-8光敏二極管接線圖2光敏二極管的基本特性光照特性光譜特性伏安特性光照特性溫度特性響應(yīng)特性圖為硅光敏二極管的光電流I與照度L的特性曲線。從圖中可以看出其光照特性線性較好。1、光照特性

2、光譜特性

圖為鍺光敏二極管的光譜響應(yīng)曲線，從圖中可以看出它的光譜響應(yīng)長波限、短波限以及峰值響應(yīng)波長。光敏二極管的伏安特性的環(huán)境條件：環(huán)境照度不變。在無偏壓時(shí)，光敏二極管仍有光電流輸出。（光電效應(yīng)性質(zhì)）。3.伏安特性

4.溫度特性圖為光敏二極管在電壓不變（50伏）和照度不變的情況下，其光電流I隨溫度T的變化。5.暗電流

圖中曲線1和2分別為鍺和硅光敏二極管的暗電流隨溫度變化的曲線。硅器件的暗電流及其溫度系數(shù)都比鍺器件要小，因此對(duì)鍺器件要適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償。6.頻率特性光敏二極管的頻率特性較好。主要決定于光生載流子的渡越時(shí)間、負(fù)載電阻和結(jié)電容的乘積。其頻率響應(yīng)可以近似的用圖所示的交流等效電路來計(jì)算對(duì)于調(diào)制頻率=2f的入射光，輸出電壓Vo可表示為：RLIPCjRLVo=IP·RL[1+(CjRL)2]1/2=Cj

RL可以計(jì)算出光敏二極管的上限頻率：頻率特性：負(fù)載電阻越大，頻率響應(yīng)越差入射波長越長，頻率響應(yīng)越差

三．電路圖是光敏二極管的輸出電路和等效電路。圖(a)和圖(b)的差別是輸出電壓U是反向的。因?yàn)閕φ=S,由圖(c)可知，uL=iφRL=SRL

1.光電路燈控制電路從圖可知，在無光射時(shí)，光敏二極管（反向）截止，電阻R1上的壓降VA很小，則晶體管T1截止，T2截止，繼電器J不動(dòng)作，路燈保持亮。有光照射時(shí)，光敏管產(chǎn)生光電流IL，R1電壓下降，VA上升，光強(qiáng)達(dá)到某一值時(shí)T1導(dǎo)通，T2導(dǎo)通，J動(dòng)作常閉端打開，使路燈滅。即白天燈滅，晚上燈亮，起到了自動(dòng)控制的作用。2.光強(qiáng)測(cè)量電路圖由穩(wěn)壓管、光敏二極管和電橋組成的測(cè)量電路。無光照時(shí)，VA很大，F(xiàn)ET導(dǎo)通，調(diào)整RW，使電橋平衡，即指針為0。有光照時(shí)，光敏管產(chǎn)生IL，A點(diǎn)電位VA下降，R2上電流下降，VB減??；光照不同，IL不同，VA不同，R2上壓降不同，光強(qiáng)可以通過電流計(jì)讀數(shù)顯示出來。便攜式照度計(jì)電路便攜式照度計(jì)電路如圖2.8所示。其中，光電傳感器TFA1001W是將光敏二極管與放大器Rf集成在一起，使輸出為線性，靈敏度為5μA/lx。此電路采用9V電池供電，接200Ω負(fù)載電阻，可獲得的輸出電壓為17S1—TFA1001W光電集成傳感器靈敏度；Φ—光照靈敏度。四．PIN管（快速光敏二極管）這種管子的最大特點(diǎn)是頻帶寬、線性輸出范圍寬。缺點(diǎn)是輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。光敏二極管中PN結(jié)光生電流主要由耗盡層電子空穴在外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的作用下的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。因電場(chǎng)主要分布在耗盡區(qū)，所以耗盡區(qū)的載流子漂移運(yùn)動(dòng)速度很快，而在擴(kuò)散區(qū)，由于場(chǎng)的分布為零，因此載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)速度很慢。這就影響了光電檢測(cè)器件的響應(yīng)速度的提高。將N層做成輕摻雜，使耗盡區(qū)變寬或變厚。這種摻雜很輕的N層,稱作本征I層；另外，為了制成低電阻的接觸，在I層的兩端再做成重?fù)诫s的P層和N層，并且它們的寬度很窄，或厚度很薄。

五．APDPIN管的缺點(diǎn)：①耗盡區(qū)加寬但反向偏壓又不能很高，故載流子的漂移時(shí)間要拉長②其光電流很微弱，使用時(shí)要多次放大，這要引進(jìn)放大器的噪聲因此為了克服PIN管的缺點(diǎn)，首先使光電流在內(nèi)部先進(jìn)行放大。APD的工作原理：在加很高的反向偏壓后，P-N結(jié)內(nèi)形成了