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光敏三极管，光敏二极管，输出开关量
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一、 光敏电阻
（1）光敏电阻工作原理和结构
光敏电阻是利用光电导效应制成的。
...制造光敏电阻的材料一般由金属的硫化物、硒化物、碲化物组成。由于光电导效应只限于光照的表面薄层，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，如图 8-1 所示。它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。
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| 为了避免外来干扰，光敏电阻外壳的入射孔上盖有一种能透过所要求光谱范围的透明保护窗（如玻璃）。为了避免光敏电阻的灵敏度受潮湿等因素的影响，将电导体严密封装在金属壳中。如图 8-2 所示。 |  |
(2) 光敏电阻的基本特性和主要参数
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（ 1 ）光电流 - 光敏电阻在不受光照射 时的阻值称 “ 暗电阻 ” ，或暗阻，此时流过的电流称 “ 暗电流 ” ； - 光敏电阻在受光照射时的阻值称 “ 亮电阻 ” 或称亮阻，此时的电流称 “ 亮电流 ” 。 |
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- 而亮电流与暗电流之差即为 “ 光电流 ” 。 光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小， 则性能越好 , 灵敏度就高 。
- 实际用的光敏电阻的暗电阻在 1 M Ω～ 100M Ω之间，而亮电阻在几千欧姆以下。
- 不同类型的光敏电阻，其光照特性也不相同，多数光敏电阻的光照特性类似于图 8-3 所示的曲 线形状。
因此，光敏电阻不宜作为线性测量元件，这是光敏电阻的一个缺点。在一般的控制系 统中用作开关式光电信号传感元件。
- 光敏电阻对温度变化比较敏感，当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都将下降 。
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二、 光敏二极管和光敏三极管原理和结构 光敏二极管和光敏三极管统称光敏管。 |
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1、光敏二极管原理与结构 光敏二极管的结构与一般的二极管相似，其 PN 结对光敏感。将其 PN 结装在管的顶部，上面有一个透镜制成的窗口，以便使光线集中在 PN 结上。如图8-9 |
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| 2、光敏三极管原理与结构
图 8-10给出了 NPN 型光敏三极管基本线路。基极开路，基极 - 集电极处于反偏状态。当光照射到 PN 结附近时，由于光生伏特效应，产生光电流。该电流相当于普通三极管的基极电流，因此将被放大（ 1+ β ）倍，所以光敏三极管具有比光敏二极管更高的灵敏度。 |
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3、 光敏管的基本特性和主要参数 （1）光敏晶体管的光谱特性 | |
| 图为光敏晶体管的光谱特性曲线 |  |
| 从特性曲线可以看出： - 硅管的峰值波长为 0.9 μ m 左右， - 锗管的峰值波长为 1.5 μ左右。 - 由于锗管的暗电流比硅管大，锗管的性能较差。 - 故在 可见光或探测赤热状态物体时，都采用硅管。 但对红外光进行控测时，则锗管较为合适。 | |
| （ 2 ）光敏晶体管的伏安特性 | |
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右图为锗光敏晶体管的伏安特性曲线.光敏晶体管在不同照度 Ee 下的 伏安特性，就象一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。 只要将入射光在发射极与基极之间的 PN 结附近所产生的光电流看作基极电流,就可将光敏晶体管看成一般的晶体管。 |
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| （ 3 ）光敏晶体管的光照特性 | |
| 右图为光敏晶体管的光照特性曲线。 |  |
| 它给出了光敏晶体管的 输出电流 Ic 和照度 Ee 之间的关系 。从图中可以看出它们的曲线近似地可以看作是线性关系 。 | |
| （ 4 ）光敏晶体管的温度特性 | |
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图为锗光的敏晶体管的温度 - 特性曲线。 - 它给出了温度对暗电流及输出电流的关系 。 从曲线可知， 温度变化对输出电流的影响较小， 主要由光照度所决定 。而暗电流随温度变化很大 所在应用时应在线路上采取措施进行温度补偿。 |
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| （ 5 ）光敏晶体管的时间常数 |
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实验表明，光敏晶体管可以看成一个非周期环节。一般 锗管的时间常数约为 2 × 10 -4s ，而硅管的在 10 -5s 左右 。 - 当检测系统要求快速时，往往选择 硅光敏 晶体管 |
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（ 2 ） 光敏电阻的伏安特性 在光敏电阻的两端所加 -电压和电流关系曲线， 称为光敏电阻的伏安特性. 如右图所示。 由曲线可知：所加的 -电压 U 越高，光电流 I 也愈大，而且没有饱和现象，在给定的光照下，电阻值与外加电压无关；在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加. |
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| （ 3 ）光敏电阻的光照特性
光敏电阻的光电流 I 和光强 F 的关系曲线， - 称为光敏电阻的光照特性 。 - 不同的光敏电阻的 - 光照特性是不同的， - 但在大多数情况下，曲线的形状类似右图所示。 - 光敏电阻的光照特性曲线时非线性 ，因此不适宜做线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一。所以在自动控制中它 常用作开关量的光电传感器。 |
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| （ 4 ）光敏电阻的光谱特性
光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度也是不同的。 各种不同材料的光谱特性曲线如右图所示。 从图中可以看出，硫化镉的峰值在可见光区域 , 而硫化铅的峰值在红外区域，因此，在选用光敏电阻时，就应当把元件和光源结合起来考虑，才能获得满意的结果 。 |
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| （ 5 ）光敏电阻的频率特性
在使用光敏电阻时， 应当注意它的光电流并不是随光强改 变而立刻做出相应的变化，而是具有一定的惰性，这也是光敏电阻的缺点之 一。 这种惰性常用时间常数来描述，不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数，因而它们的频率特性也就搁不相同，如右图所示为两种不同材料的光敏电阻的频率特性，即相 对灵敏度 K 与光强度变化频率 F 间的关系曲线 。 |
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| （ 6 ）光敏电阻的光谱温度特性
光敏电阻和其它半导体器件一样，它的光学与电学性质受温度影响较大，随着温度的升高，它的暗阻和灵敏度都 降。同时温度变化也影响它的光谱特性曲线。 如右图所示表示硫化铅的光谱温度特性，即在不同温度下的相对灵敏度 K 和入射光波长的关系曲线。 - 从图可以看出，它的峰值随着温度上升向短波方向移动。 因此，有时为了提高元件的灵敏度，或为了接受远红外 光而采取降温措施。 |
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