光生伏特器件 54节

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1、5.4光电三极管光电三极管的两种基本结构，即NPN结构-用N型硅材料为衬底制作的，称为3DU型；PNP结构-用P型硅材料为衬底制作的，称为3CU型。(a)原理结构(b)电路符号(c)工作原理图5-123DC型硅光电三极管1.工作原理光电三极管的工作原理分为：一是光电转换，是在集-基PN结区内进行的。光激发产生的电子-空穴对在反向偏置的PN结内电场的作用下，电子流向集电区被集电极所收集，而空穴流向基区与正向偏置的发射结发射的电子流复合，形成基极电流Ip。二是光电流放大，基极电流被放大β倍。不同点:一般半导体三极管是由基极

2、向发射结注入空穴载流子，控制发射极的扩散电流，而光电三极管是由注入到发射极的光生电流控制的。集电极输出的电流为（5-25）3CU型光电三极管在原理上和3DU型相同，其工作时的电压极性与之相反，集电极的电位为负的。(a)光电二极管-三极管集成器件(b)光电三极管-三极管集成器件(c)达林顿光电三极管图5-13集成光电器件2.光电三极管特性⑴伏安特性光电三极管的偏置电压要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。光电三极管β值随光电流的增大而增大。图5-14光电三极管伏安特性曲线⑵时间响应（频率特性）光电三极管

3、的时间响应常与PN结的结构及偏置电路等参数有关。(a)光电三极管输出电路(b)微变等效电路图5-15光电三极管电路选择适当的负载电阻，使其满足RL＜Rce，可以导出光电三极管电路的输出电压为（5-26）光电三极管的时间响应由以下四部分组成：①光生载流子对发射结电容Cbe和集电结电容Cbc充放电时间；②光生载流子渡越基区所需要的时间；③光生载流子被收集到集电极的时间；④输出电路等效负载电阻RL与等效电容Cce所构成的RC时间；提高光电三极管的时间响应的措施--应尽可能的减小发射结阻容时间常数rbeCbe和时间常数RLCce。

4、即：一方面在工艺上设法减小结电容Cbe、Cce；一方面要合理选择负载电阻RL，尤其在高频应用的情况下应尽量降低负载电阻RL。光电三极管的时间响应不但与负载电阻RL有关，而且与光电三极管的输出电流有关，增大输出电流可以减小时间响应，提高光电三极管的频率响应。图5-16光电三极管的时间响应与集电极电流的关系曲线⑶温度特性在进行弱光信号的检测时应考虑温度的影响，必要时应采取恒温或温度补偿的措施。(a)暗电流Id的温度特性曲线(b)亮电流IL的温度特性曲线图5-17光电二极管、光电三极管的温度特性曲线⑷光谱响应对于光电三极管，

5、减薄PN结的厚度可以使短波段波长的光谱响应得到提高，因为PN结的厚度减薄后，长波段的辐射光谱很容易穿透PN结，而没有被吸收。短波段的光谱容易被减薄的PN结吸收。图5-183DU3光电三极管的光谱响应在使用时要注意它的极限参数UCEM和UCE，不能使工作电压超过UCEM。表5-3典型光电三极管的特性参数3.光电三极管的应用⑴光电三极管的光控原理a.暗导通原理当一定波长的光照射VT1时，光控开关处于关断状态。无光照射VT1时，时光控开关处于导通状态。图(a)光电三极管的暗导通原理b.亮导通原理有一定波长的光照射VT3时，电路为

6、导通状态。无光照射VT3时，VT4饱和导通，RL中无电流。图(b)光电三极管的亮导通原理⑵列车灯自动开关列车通过隧道时，无光照射光电三极管，光控开关自动点亮车厢内的灯；列车出隧道时，有光照射，自动关灯。图(c)矿灯自动开关电路⑶地下室换气控制器当工作人员进入地下室时，打开照明灯，换气电扇工作。当工作人员离开关掉照明灯时，自动关闭气扇。图(d)地下室换气控制器4.光电二极管与光电三极管的主要差别⑴响应时间的差别：光电二极管的响应时间在百ns以下，PIN结型和雪崩型还要小；光电三极管的响应时间长达5~10微秒，复合型光电三极管

7、的响应时间更长。例如，在工作频率低于10MHz的电路中，应选用P-N结型光电二极管；高于10MHz的电路中，应选用PIN结型光电二极管；只有工作频率低于200~300kHz时，才应选用光电三极管⑵光电流的差别光电二极管的光电流一般只有几微安到几百微安；光电三极管的光电流一般都在几毫安以上，至少有几百微安。光电二极管和光电三极管的暗电流则相差不多，一般都不超过1μA，大多数在0.5μA以下。⑶输出特性的差别光电二极管在很宽的入射光照度范围内(10-3~103lx)都具有线性的光电流-照度特性；光电三极管输出特性的线性较差。