些第8章光电式传感器 2光敏晶体管结构原理 结构:光敏晶体管与一般晶体管很相似,具有两个N结(图8-9(a)),发射 极一边做得很大→扩大光的照射面积。 原理:接线(图8-9(b)),大多数光敏晶体管的基极无引出线 当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时,集电结就是反向 偏压,当光照射在集电结时→结附近产生电子空穴对,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→有大量的电子流向集 电极,形成输出电流,且集电极电流为光电流的倍,所以光敏 体管有放大作用。 光 NPN b E e 图89NPN型光 敏晶体管结构简 R1 图和基本电路 (a) (b)
第8章 光电式传感器 2.光敏晶体管结构原理 结构:光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个PN结（图8-9（a） ）,发射 极一边做得很大→扩大光的照射面积。 原理:接线（图8-9（b）），大多数光敏晶体管的基极无引出线. 当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时,集电结就是反向 偏压， 当光照射在集电结时→结附近产生电子—空穴对，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→有大量的电子流向集 电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶 体管有放大作用。 N P c 光 N e b b e c (a) (b) RL E 图 8 - 9 NPN型光 敏晶体管结构简 图和基本电路
些第8章光电式传感器 光敏晶体管的达林顿光敏管的等效电路: ①光敏晶体管的光电灵敏度比光敏二极 管高得多; ②但在需要高增益或大电流输出的场合 需采用达林顿光敏管。 图8-10是达林顿光敏管的等效电路,它 是一个光敏晶体管和一个晶体管以共集 电极连接方式构成的集成器件。由于增 加了一级电流放大,所以输出电流能力 大大加强,甚至可以不必经过进一步放 大,便可直接驱动灵敏继电器。但由于 图8-10达林顿光敏 管的等效电路 无光照时的暗电流也增大,因此适合升02结构简化模型 开关状态或位式信号的光电变换
第8章 光电式传感器 光敏晶体管的达林顿光敏管的等效电路: ①光敏晶体管的光电灵敏度比光敏二极 管高得多; ②但在需要高增益或大电流输出的场合， 需采用达林顿光敏管。 图8-10是达林顿光敏管的等效电路，它 是一个光敏晶体管和一个晶体管以共集 电极连接方式构成的集成器件。由于增 加了一级电流放大，所以输出电流能力 大大加强，甚至可以不必经过进一步放 大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于 无光照时的暗电流也增大，因此适合于 开关状态或位式信号的光电变换。 图8-10 达林顿光敏 (a) 结构简化模型 (b) 基本电路 c e
些第8章光电式传感器 3光敏管的基本特性 (1)光谱特性指在一定照度时 输出的光电流(或用相对灵敏度表 示)与入射光波长的关系。 图8-11硅和锗光敏二(晶体)极管 的光谱特性曲线。 0040 峰值波长一硅约0.9m,锗约15 um,此时灵敏度最大,当入射光 e |5×x人 的波长增长或缩短时,相对灵敏度 4×1028×1021210216×1020×102 都会下降 1/nm 通常锗管暗电流较大→性能较差→ 在可见光或探测赤热状态物体时,图8光敏二极晶管的光谱特性 一般都用管。但对红外光的探测 用管较为适宣
第8章 光电式传感器 3. (1) 光谱特性 指在一定照度时， 输出的光电流（或用相对灵敏度表 示）与入射光波长的关系。 图8-11硅和锗光敏二（晶体）极管 的光谱特性曲线。 峰值波长—硅约0.9μm，锗约1.5 μm， 此时灵敏度最大，当入射光 的波长增长或缩短时，相对灵敏度 都会下降。 通常锗管暗电流较大→性能较差→ 在可见光或探测赤热状态物体时， 一般都用硅管。但对红外光的探测， 用锗管较为适宜。 图 8-11 光敏二极(晶体)管的光谱特性 100 80 60 40 20 0 4×102 8×102 12×102 16×102 20×102 入射光 锗 硅 / nm S / (%)
第8章光电式(2)伏安特性(硅光敏管) 横坐标—所加反向偏压,纵坐标为光 电流。①光照时,反向电流随着光 图8-12(b)。横坐标为集电 极-发射极电压,纵坐标为光电 照强度的增大而增大;②不同照度下 流。由于晶体管的放大作用, 曲线几乎平行→所以只要没达到在同样照度下,其光电流 饱和值,它的输出实际上不受比相应的二极管大上百倍。 偏压大小的影响 0.10 硅光敏二极管的伏安特性10 硅光敏晶体管的伏安特性 12001x 0.08 8 0.06 10001x 6 0.04 8001x 50/ 40 6001x 3001区 0.02 4001x 200101 2001x ⊥ ⊥ 10-20-30-40-50 1020304050 反向电压/V 集电极发射极电压/V (a) 图8-12硅光敏管的伏安特性 (b) (a)硅光敏二极管;(b)硅光敏晶体管
第8章 光电式传感器 横坐标—所加反向偏压,纵坐标为光 电流。①光照时，反向电流随着光 照强度的增大而增大; ②不同照度下 曲线几乎平行→所以只要没达到 饱和值，它的输出实际上不受 偏压大小的影响 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 I / mA 1200 1x 1000 1x 800 1x 600 1x 400 1x 200 1x 0 － 10 － 20 － 30 － 40 － 50 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 500 1x 400 1x 300 1x 200 1x 100 1x I / mA 反 向 电 压 / V 集 电 极 —发 射 极 电 压 / V (a) (b) 图8-12（b）。横坐标为集电 极-发射极电压，纵坐标为光电 流 。 由于晶体管的放大作用， 在同样照度下，其光电流 比相应的二极管大上百倍。 图 8-12 (a) 硅光敏二极管; (b) 硅光敏晶体管 硅光敏二极管的伏安特性 硅光敏晶体管的伏安特性 (2) 伏安特性（硅光敏管）
第8章光电式传感器 (3)频率特性指光敏 管输出的光电流(或相对灵 敏度)随频率变化的关系。 光敏二极管的频率特性:是半 100 R1=1k 导体光电器件中最好的一种, 80 普通光敏二极管频率响应时 60 间达10us ∽40 20 100k10k 光敏晶体管的频率特性:图8- 0 1 10100 13受负载电阻的影响,减 f/ kHz 小负载电阻可以提高频率响 应范围,但输出电压响应也 减小。 图8-13光敏晶体管的频率特性
第8章 光电式传感器 （3） 频率特性 指光敏 管输出的光电流（或相对灵 敏度）随频率变化的关系。 光敏二极管的频率特性:是半 导体光电器件中最好的一种， 普通光敏二极管频率响应时 间达10μs。 光敏晶体管的频率特性:图8- 13 受负载电阻的影响，减 小负载电阻可以提高频率响 应范围，但输出电压响应也 减小。 图8-13 光敏晶体管的频率特性 100 80 60 40 20 0 1 10 100 100 k 10 k RL ＝ 1 k S / (%) f / kHz