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1、1,2.2 光敏二極管,2.2.1 光敏二極管的工作原理和結(jié)構(gòu) 2.2.2 光敏二極管的基本特性 2.2.3 光敏二極管的基本型號(hào) 2.2.4 光敏二極管的應(yīng)用舉例 光敏二極管廣泛應(yīng)用于光纖通信、紅外線遙控器、光電耦合器、控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)、光電讀出裝置等場(chǎng)合。,2,2.2.1 光敏二極管工作原理和結(jié)構(gòu),光生伏特效應(yīng)（產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)）制成的光電元件。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與普通半導(dǎo)體二極管一樣，都有一個(gè)PN結(jié)，兩根電極引線，而且都是非線性器件，具有單向?qū)щ娦阅?。不同之處在于光敏二極管的PN結(jié)裝在管殼的頂部，可以直接受到光的照射。,3,半導(dǎo)體材料吸收光子能量使電子激發(fā)。若能量大于禁帶寬度的光
2、子照射在PN結(jié)空間電荷區(qū)附近，在結(jié)兩邊產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。這些光生載流子在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下，各自向相反方向運(yùn)動(dòng)，即P區(qū)的電子穿過(guò)PN結(jié)進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的空穴進(jìn)入P區(qū)，形成自N區(qū)向P區(qū)的光生電流。這樣的載流子運(yùn)動(dòng)，由于中和部分空間電荷，使內(nèi)電場(chǎng)勢(shì)壘降低，從而使正向電流增大。當(dāng)光生電流和正向電流相等時(shí)，PN結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢(shì)差(P區(qū)相對(duì)于N區(qū)是正的)，這就是光生電壓。當(dāng)入射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，光生載流子的多少也相應(yīng)發(fā)生變化，因而通過(guò)光敏二極管的電流也隨之變化，于是在光敏二極管兩端的電壓也發(fā)生變化，光敏二極管就這樣將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。,4,圖2.1 光敏二極管,處于反向偏置狀態(tài)， 無(wú)光照，其反向電
3、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)。,5,2.2.2 光敏二極管的基本特性,光譜特性 伏安特性 光照特性 溫度特性 響應(yīng)特性,6,1.光譜特性圖2.2,材料不同，其光譜響應(yīng)峰值波長(zhǎng)也不同。 硅管1.1m左右，鍺管1.8m， 由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管性能較差。故在探測(cè)可見(jiàn)光或赤熱物體時(shí)，都用硅管；但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，采用鍺管較為合適。,入射光波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)：光子能量太小，不足以激發(fā)電子-空穴對(duì),入射光波長(zhǎng)短時(shí)，光波穿透能力下降，在表面激發(fā)
4、電子-空穴對(duì),入射光射度不變；輸出的光電流（或相對(duì)靈敏度）隨光波波長(zhǎng)的變化而變化。,7,2.伏安特性圖2.3,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(wú)偏壓時(shí)，光敏二極管仍有光電流輸出。（光電效應(yīng)性質(zhì)）。,8,3.光照特性圖2.4,光敏二極管的光照特性如左圖所示，它描述了光敏二極管的光電流與照度的關(guān)系。 光敏二極管光照特性的線性好。,9,4.溫度特性圖2.5,溫度變化對(duì)光敏二極管輸出電流的影響較小，但是對(duì)暗電流的影響卻十分顯著，如上圖所示。光敏二極管在高照度下工作時(shí)，由于亮電流比暗電流大得多，溫度影響相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小。但在低照度下工作時(shí)，因?yàn)榱岭娏鬏^小，暗電流隨溫度的變化就會(huì)嚴(yán)重影響輸
5、出信號(hào)的溫度穩(wěn)定性，因此可作如下幾點(diǎn)考慮：選用硅光敏二極管，這是因?yàn)楣韫艿陌惦娏饕孺N管小幾個(gè)數(shù)量級(jí)；在電路中采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施；將光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，對(duì)輸出的電信號(hào)采用交流放大，利用電路中隔直電容的作用，隔斷暗電流。,10,5.響應(yīng)特性,硅光敏二極管的上升時(shí)間tr5ns，響應(yīng)速度很快，因此，硅光敏二極管適合于要求快速響應(yīng)或入射光調(diào)制頻率較高的場(chǎng)合。,11,2.2.3 光敏二極管的型號(hào)參數(shù),工作電壓:無(wú)光照的條件下，暗電流不大于0.1A時(shí)所能承受的最高反向電壓值。 暗電流:無(wú)光照及最高反向工作電壓。暗電流越小，光敏二極管的性能越穩(wěn)定，檢測(cè)弱光的能力越強(qiáng)。 光電流:一定光照，最高反向工作電壓。其
6、測(cè)量的一般條件是:2856K鎢絲光源，照度為10001x。 光電靈敏度:對(duì)光敏感的程度，用在每微瓦的入射光能量下所產(chǎn)生的光電流。 響應(yīng)時(shí)間:光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)所需要的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，二極管的工作頻率越高。 結(jié)電容Cj:指光敏二極管PN結(jié)的電容。Cj是影響光電響應(yīng)速度的主要因索。結(jié)面積越小，結(jié)電容Cj也就越小，則工作頻率越高。,12,表2.2 2DU型光敏二極管的型號(hào)參數(shù),正向壓降：一定的正向電流時(shí)，它兩端產(chǎn)生的壓降。 表中的光敏二極管主要用于可見(jiàn)光和近紅外光探測(cè)器，以及光電轉(zhuǎn)換的自動(dòng)控制儀器、觸發(fā)器、光電耦合、編碼器、特性識(shí)別、過(guò)程控制和激光接收等方面。,13,2.2.4 光敏二極管的應(yīng)用
7、,1.光電路燈控制電路 2.光強(qiáng)測(cè)量電路 3.照度計(jì),14,1.光電路燈控制電路-圖2.6,從圖可知，在無(wú)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。,15,2.光強(qiáng)測(cè)量電路-圖2.7,圖由穩(wěn)壓管、光敏二極管和電橋組成的測(cè)量電路。無(wú)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減小；光照不同，IL不同，VA不同，R2上壓降不同，光強(qiáng)可以通過(guò)電流計(jì)讀數(shù)顯示出來(lái)。,16,3.照度計(jì)-圖2.8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5A/lx。此電路采用9V電池供電，接200負(fù)載電阻，可獲得的輸出電壓為16,S1TFA1001W光電集成傳感器靈敏度； 光照靈敏度。,
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