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第四章受光器件4.1受光器件的工作原理4.2受光器件的结构4.3受光器件的特性4.4受光器件的基本使用方法4.5受光器件的应用例4.1受光器件工作原理4.1.1光敏二极管21、入射截止长波长3)um(24.1ggLEEhc4.1.1光敏二极管当入射光于的能量h<Eg时,不论入射光多么强,不会产生光生电流。当入射到PN结上的光于能量hEg条件下,光生电流会随入射光功率的变化呈线性变化,便把光信号转换成电流信号。4.1.1光敏二极管2、电学特性4(1)没有光照时二极管的伏安特性曲线1kTqUSeII54.1.1光敏二极管2、电学特性(2)光敏二极管的等效电路PDIII1DkTqUSeIII为输出电流ID为二极管的正向电流IP为光电流IS为二极管的反向饱和电流64.1.1光敏二极管2、电学特性(3)光敏二极管的电流-电压特性当U=0时的输出电流ISC为短路电流:当I=0时,两端的电压为开路电压VOC:)1ln(pOCsIIqKTVPSCII光敏二极管工作在反偏状态3、响应速度光敏二极管的响应速度用上升时间和下降时间来描述。74.1.1光敏二极管cfrft35.0t,(截止频率fc)截止频率:81t=c2cjdrfRt其中1)在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间,称为漂移时间记为τr;2)在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需要的时间,称为扩散时间记为τp;3)由PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间τRC。4.1.1光敏二极管提高响应速度的措施9(1)减小结电容尽量减小结面积尽量降低阴极层的杂质浓度(2)减少扩散时间4.1.1光敏二极管4.1.2光敏三极管10111.光敏三极管工作原理122.NPN光敏三极管的等效电路PFEFEPCIhhII)1(IP为光电流hFE为晶体管的放大倍数3.光电流与发射结的电压关系曲线134.2受光器件的结构144.2.1光敏二极管15光敏二极管剖面图外形图4.2.1光敏二极管16174.2.2光敏三极管184.2.3OPIC194.2.3OPIC4.3受光器件的特性204.3.1分光灵敏度特性与方向性1、分光灵敏度特性2、方向性214.3.2光敏二极管的电学特性当管心加上一定反压后,因为I层相对于P+区和N+区是高阻区,反向偏压主要集中在这一区域,形成高电场区。光生载流子在强电场作用下在整个I层展开,并加速运动至电极的N+型层,因此载流子渡越时间非常短,大大提高了响应速度。P+IN+PlN型光敏二极管23光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高,是光敏二极管的数十倍,故输出电流要比光敏二极管大得多,一般为毫安级但其他特性不如光敏二极管好,在较强的光照下,光电流与照度不成线性关系。频率特性和温度特性也变差,故光敏三极管多用作光电开关或光电逻辑元件。注意,一般光敏三极管的输出脚同光敏二极管相同,是二只而不是三只。4.3.3光敏三极管244.3.3光敏三极管为了得到更高的灵敏度和更大的输出电流,把光敏三极管和普通三极管按达林顿联接方法接在一起,封装在一个管壳内,称为光电达林顿管,如图所示。(P94)4.4受光器件的基本使用方法254.4.1、光敏二极管一般情况下,光敏二极管接收到的入射光信号较弱,加之光电转换效率较低,需由晶体三极管或运算放大器进行放大。264.4.2光敏三极管1、光敏三极管基本电路272、光敏三极管的基本工作点的确定284.5受光器件的应用例4.5.1光敏二极管1、基本放大电路(图4.29)0()fpbbeVRIIVIfIb294.5.1光敏二极管1、基本放大电路(图4.29)300()1+/)fpbbefbeVRIIVRR(1、基本放大电路(图4.29)4.5.1光敏二极管312、OP放大电路(1)无偏置电路(电流放大型)32(2)反向偏置电路(阻抗变换型)2、OP放大电路33(3)电容耦合电路对于反向偏置电路,暗电流随温度的变化较大,为了减小这种影响,采用电容耦合电路不能对直流信号进行放大34(4)对数二极管353、调制光检出电路363、调制光检出电路4.5.2光敏三极管371.基本电路(图4.33)384.5.2光敏三极管2.基本放大电路(1)(图4.34)本章要点1.光敏二、三极管的结构与工作原理2.光敏二、三极管的电学特性3.光敏二、三极管的基本放大电路39
本文标题:第4章受光器件
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