《光电检测器》PPT课件.ppt

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1、第二章 光电检测器件,2-1 光电检测技术的特性参数,2-2 真空光电探测器件,2-3 半导体光电检测器件,2-4 各种光电器件的性能比较及选择,1,2-1 光电检测器件的基本特性参数,一.有关响应方面的特性参数,1、响应度（灵敏度）,2,2-1 光电检测器件的基本特性参数,一.有关响应方面的特性参数,2、光谱响应度,(1)相同光功率而不同波长的单色光入射时，光电探测器输出的信号不同，因此引入光谱响应度概念。,(2)光谱响应度是光电探测器的输出信号与入射单色辐射通量（光通量）之比。,(3)根据转换信号不同，可分为电压光谱响应度SV（）和电流光谱响应度SI（）。,3,2-1 光电检测器件的基本特

2、性参数,一.有关响应方面的特性参数,3、积分响应度,(1)积分响应度是描述光电探测器对连续辐射通量（光通量）的反应程度。,(2)连续辐射通量（光通量）是单色辐射通量（光通量）对波长的积分。总输出光电信号为各单色光引起的光电信号的总和。,(3)根据光电转换信号不同，可分为电压响应度S0V和电流响应度S0I。,4,2-1 光电检测器件的基本特性参数,一.有关响应方面的特性参数,4.响应时间,(1)响应时间是描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个重要参数。,(2)一般用上升时间与下降时间来表述。,(3)从10%上升到90%峰值所需时间称为上升时间；从90%下降到10%峰值所需时间称为下降时间。,5,

3、2-1 光电检测器件的基本特性参数,一.有关响应方面的特性参数,5.频率响应,(1)光电探测器信号产生和消失存在一个滞后过程，因此入射光辐射的调制频率对探测器的响应影响较大。,(2)光电探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化的特性称为频率响应。,6,2-1 光电检测器件的基本特性参数,二.有关噪声方面的特性参数,1.探测器的主要噪声来源,(1)热噪声也称约翰逊噪声，是载流子无规则的热运动造成的噪声。与温度成正比。,(2)散粒噪声也称散弹噪声，使穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的噪声。,(3)产生-复合噪声是载流子的产生率与复合率在某个时间间隔内在平均值上下起伏造成的噪声。,(4)1/f噪声也称

4、闪烁噪声或低频噪声，是由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。特点：频率越低噪声越大。,7,2-1 光电检测器件的基本特性参数,二.有关噪声方面的特性参数,2.衡量噪声的参数,(1)信噪比是判断噪声大小的常用参数。它是在负载电阻上的信号功率与噪声功率之比。,(2)等效噪声输入特定带宽内产生的均方根信号等于均方根噪声电流值时的输入通量。,(3)噪声等效功率信噪比为1时，入射到探测器的辐射通量。,(4)探测率噪声等效功率的倒数。(5)暗电流没有输入信号和背景辐射时流过的电流。,8,光辐射检测器件一览表,（光子检测器件）,（光电发射检测器

5、件）,9,2-2 真空光电探测器件,真空光电管,真空光电管的外观,10,真空光电管,真空光电管的组成,1、真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。,2、为了防止氧化和电子与气体的碰撞，将管内抽成真空。,3、光电阴极即半导体光电发射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。,4、阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。,2-2 真空光电探测器件,11,真空光电管,真空光电管的特点,1、光电阴极面积大，灵敏度较高，一般积分灵敏度可达20200A/lm；,2、暗电流小，最低可达10-14A；,3、光电发射弛豫过程极短。,4、一般体积都比较大、工

6、作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎等。,2-2 真空光电探测器件,12,光电倍增管（PMT）,光电倍增管的外观,2-2 真空光电探测器件,13,光电倍增管,光电倍增管的组成,光窗光窗分侧窗式和端窗式两种，是入射光的通道。常用的光窗材料有钠钙玻璃、硼硅玻璃、紫外玻璃、熔凝石英和氟镁玻璃等。,入射光,光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,2-2 真空光电探测器件,14,光电倍增管,光电倍增管的组成,光电阴极接收入射光，向外发射光电子。所以倍增管光谱特性的长波阈值决定于光电阴极材料，同时对整管灵敏度也起着决定性作用。,2-2 真空光电探测器件,入射光,

7、光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,15,光电倍增管,光电倍增管的组成,电子光学系统是适当设计的电极结构，使前一级发射出来的电子尽可能没有散失地落到下一个倍增极上，也就是使下一级的收集率接近于1。,2-2 真空光电探测器件,入射光,光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,16,光电倍增管,光电倍增管的组成,倍增系统是由许多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成，具有使一次电子倍增的能力，是整管灵敏度最关键部分。,2-2 真空光电探测器件,入射光,光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系

8、统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,17,光电倍增管,光电倍增管的组成,阳极是采用金属网作的栅网状结构，把它置于靠近最末一级倍增极附近，用来收集最末一级倍增极发射出来的电子。,2-2 真空光电探测器件,入射光,光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,18,倍增级,光电阴极,光窗,入射光,光电阴极,聚焦电极,二次发射电子,倍增系统,最后一级倍增级,阳极,管座,管脚,光窗,19,光窗,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,灵敏度 1.倍增管灵敏度有阴极灵敏度与阳极灵敏度之分。每一种灵敏度对于入射光，又都有光谱灵敏度与积分灵敏度之分。2.测试阴

9、极灵敏度时，以阴极为一极，其它倍增极和阳极都连到一起为另一极，加100300V直流电压，照射到光电阴极上的光通量约为10-210-5lm。3.测试阳极灵敏度时，各倍增极和阳极都加上适当电压，因为阳极灵敏度是整管参量，与整管所加电压有关，所以必须注明整管所加电压。,2-2 真空光电探测器件,20,21,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,电流增益M（放大倍数G）1.阳极电流与阴极电流之比，或阳极灵敏度与阴极灵敏度之比，即M=IA/IK=SA/SK 2.若倍增管有n个倍增极，并且每个倍增极的倍增系数均相等，则：M=n 当极间电压为80 150V时，倍增极的倍增系数为=36。3.放大倍率G近似

10、为：式中，k1为第一倍增极对阴极发射电子的收集率，gn为倍增极间的传递效率，n 为倍增极个数。4.通常k1=0.9，g=1，n为914，G=105 108。,2-2 真空光电探测器件,22,2-2 真空光电探测器件,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,暗电流 1.在各电极都加上正常工作电压并且阴极无光照情况下阳极的输出电流。它限制了可测直流光通量的最小值，是鉴别管子质量的重要参量。应选取暗电流较小的管子。2.产生暗电流的因素较多，例如，阴极和靠近于阴极的倍增极的热电子发射；阳极或其它电极的漏电；由于极间电压过高而引起的场致发射；光反馈，以及窗口玻璃中可能含有的少量的钾、镭、钍等放射性元素

11、影响。,23,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,伏安特性 1.光电倍增管的伏安特性曲线分为阴极伏安特性曲线与阳极伏安特性曲线。2.阴极伏安特性曲线是指阴极电流与阴极电压之间的关系。3.阳极伏安特性曲线是指阳极电流与阳极和最末一级倍增极之间电压的关系。4.在电路设计时，一般使用阳极伏安特性曲线来进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。,2-2 真空光电探测器件,24,阳极伏安特性曲线,25,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,光电特性 1.阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数关系。2.对于模拟量测量，必须选取能保证光电流与光照在大范围内保持线性关系的光电倍增管。3.工程上一

12、般取特性偏离于直线3%作为线性区的界限。,2-2 真空光电探测器件,26,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,时间特性与频率响应 1.倍增管的时间响应很快，一般小于1ns。2.存在度越时间离散t 3.倍增管的响应频率一般定义为：,2-2 真空光电探测器件,27,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,噪声与噪声等效功率 1.光电倍增管噪声主要是指由倍增管本身引起的输出偏离于平均值的起伏，主要来源是光电阴极、光电发射的随机性和各倍增极二次电子发射的随机性，同时也与背景光或信号光中的直流分量有关。2.噪声等效功率（NEP）表述倍增管阳极信号与噪声有效值之比等于1时，入射于倍增管光电阴极的光

13、功率（通量）的有效值。即 IA/InA=1时，NEP=InA/SA它是倍增管可能探测到的信号光功率（通量）的最小值。,2-2 真空光电探测器件,28,光电倍增管,光电倍增管的的主要参量与特性,磁场特性 1.大部分光电倍增管会受到磁场的影响。2.光电子在磁场的作用下将偏离正常的运动轨迹，引起 倍增管的灵敏度下降，燥声增加。3.为减少外部磁场对倍增管的影响，一般须在管子外部 加一个磁屏蔽筒。4.在磁场影响下用恒定光强的线偏振光以某一角度入射 到光电阴极上，不断改偏振面时，阳极输出电流会发 生相应的变化。因此，最好在光电倍增管的前面加装 退偏器件，减少这类误差。,2-2 真空光电探测器件,29,光电

14、倍增管,光电倍增管的供电电路,1.倍增管各电极要求直流供电，从阴极开始至各级的电压要依次升高，一般多采用电阻链分压办法来供电。一般情况下，各级电压均相等，约80100V，总电压约10001300V。,光电倍增管供电电路图,C1 C2 C3,2-2 真空光电探测器件,30,光电倍增管,光电倍增管的供电电路,2.电源电压稳定性的要求：电源电压稳定性要求较高。如果电源电压不稳，会引起许多参量的变化，特别是电流增益变化，从而直接影响输出特性。目前已有光电倍增管专用的电源稳压块。,光电倍增管供电电路图,C1 C2 C3,2-2 真空光电探测器件,31,光电倍增管,光电倍增管的供电电路,3.为了不使阳极脉

15、动电流引起极间电压发生大的变化，常在最后几级的分压电阻上并联电容器。,光电倍增管供电电路图,C1 C2 C3,2-2 真空光电探测器件,32,光电倍增管,光电倍增管的供电电路,4.接地方式：倍增管的接地方式有两种，即阴极接地或阳极接地.阴极接地的特点:便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，效果好；暗电流小，噪声低。但阳极处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂.阳极接地的特点:便于跟后面的放大器相接，操作安全。但阴极处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠得很近，至少要间隔12cm，屏蔽效果差，暗电流和噪声都比阴极接地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。,2-2 真空光电探测器件,3

16、3,第二章 光电检测器件,2-1 光电检测技术的特性参数,2-2 真空光电探测器件,2-3 半导体光电检测器件,2-4 各种光电器件的性能比较及选择,34,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,二、光电池,三、光电二极管,四、光电三极管,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的外观,36,光敏电阻的组成,1.光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其它绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。2.光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利

17、于提高灵敏度。,37,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,常用光电导材料,38,光敏电阻的主要特性,1.光电导灵敏度Sg灵敏度定义：响应量与输入量之比。即：Sg=Gp/E Gp：光电导，单位为西门子S（-1）。E：照度，单位为勒克斯（lx）。Sg：单位为西门子/勒克斯（S/lx）或 Sm2/W 1 lx=W/m2,39,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,2.光电特性 光电流与照度的关系称为光电特性。光敏电阻光电特性如下：Ip=SgEU(Sg=Gp/E）Ip：光电流 Sg：光电导灵敏度E：照度：光照指数U：光敏电阻两端所加的电压：电压指数,40,2-3 半导体光

18、电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,2.光电特性 Ip=SgEU与材料和入射光强弱有关，对于硫化镉光电导体，在弱光照下1，在强光照下1/2，一般0.51。与光电导体和电极材料之间的接触有关，欧姆接触时1，非欧姆接触时=1.11.2。,41,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,2.光电特性,光 电 流,硫化镉光敏电阻的光电特性曲线,由图可见，硫化镉光敏电阻在弱光照下，Ip与E具有良好的线性关系，在强光照下则为非线性关系，其它光敏电阻也有类似的性质。如果电压指数1，在弱光照下有 Ip=SgEU,42,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,Ip,光敏电阻的主要

19、特性,3光谱特性 光谱特性多用相对灵敏度与波长的关系曲线表示。,1-硫化镉单晶 2-硫化镉多晶 3-硒化镉多晶 4-硫化镉与硒化镉混合多晶,从这种曲线中可以直接看出灵敏范围、峰值波长位置和各波长下灵敏度的相对关系。,43,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,4伏安特性 在一定的光照下，加到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电流之间的关系称为光敏电阻的伏安特性，常用曲线表示。,光敏电阻的伏安特性曲线,图中的虚线为额定功耗线。使用时，应不能使静态工作点居于虚线以内的区域。,44,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,5.温度特性 光敏电阻的温度特

20、性很复杂，在一定的照度下，亮电阻的温度系数有正有负：=(R2-R1)/R1(T2-T1),硫化镉光敏电阻的温度特性曲线 a)硫化镉单晶 b)硫化镉多晶,45,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,5.温度特性 温度对光谱响应也有影响。一般说，光谱特性主要决定于材料，材料的禁带宽度越窄则对长波越敏感，但禁带很窄时，半导体中热激发也会使自由载流子浓度增加，使复合运动加快，灵敏度降低。因此，采取冷却灵敏面的办法来提高灵敏度。,硫化铅光敏电阻在冷却情况下相对光谱灵敏度的变化,46,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,6前历效应 前历效应是指光敏电阻的时

21、间特性与工作前“历史”有关的一种现象。前历效应分为暗态前历与亮态前历。暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢，其效应曲线如右图所示。一般，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。,硫化镉的暗态前历效应 1-黑暗放置3分钟后；2-黑暗放置60分钟后；3-黑暗放置24小时,47,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,6前历效应 亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象，其效应曲线如图所示。一般，亮电阻由高照度状态变为低照度状态达到稳定值时所需的

22、时间要比由低照度状态变为高照度状态时短。,48,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的主要特性,7频率特性 光敏电阻是依靠非平衡载流子效应工作的，非平衡载流子的产生与复合都有一个时间，这个时间在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。光敏电阻采用交变光照时，其输出将随入射光频率的增加而减小。,几种光敏电阻的频率特性曲线 1-硒 2-硫化镉 3-硫化铊 4-硫化铅,49,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的使用,光敏电阻的重要特点：光谱响应范围宽，测光范围宽，灵敏度高，无极性。但由于材料不同，在性能上差别较大。,使用中应注意：1）当用于模拟量测量时，因光照指数与光

23、照强弱有关，只有在弱光照下光电流与入射辐射通量成线性关系。2）用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线符合。3）光敏电阻的光谱特性与温度有关，温度低时，灵敏范围和峰值波长都向长波方向移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。,50,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,光敏电阻的使用,4）光敏电阻的温度特性很复杂，电阻温度系数有正有负，一般说，光敏电阻不适于在高温下使用，温度高时输出将明显减小，甚至无输出。5）光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过1000Hz，而且光电增益与带宽之积为一常量，如要求带宽较宽，必须以牺牲

24、灵敏度为代价。6）设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗，负载电阻值不能很小。7）进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。,51,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,2-3半导体光电检测器件,二、光电池,光电池的外观,52,光电池的组成,1.光电池的基本结构就是一个PN结。,2.按材料分，有硅、硒、硫化镉、砷化镓和无定型材料的光电池等。按结构分，有同质结和异质结光电池。,3.光电池中最典型的是同质结硅光电池。国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而分成2CR系列和2DR系列。2CR系列硅光电池是以N型硅为衬底，P型硅为受光面的光电池。2DR系列硅光电池是以P型硅为衬底，N型硅为

25、受光面的光电池。,53,2-3半导体光电检测器件,二、光电池,光电池的组成,4.受光面上的电极称为前极或上电极，为了减少遮光，前极多作成梳状。衬底方面的电极称为后极或下电极。为了减少反射光，增加透射光，一般都在受光面上涂有SiO2或MgF2等材料的防反射膜，同时也可以起到防潮，防腐蚀的保护作用。,5.光电池在光照下能够产生光生电势，光电流实际流动方向为，从P端流出，经过外电路，流入N端，光生电势与照度是对数关系。当光电池短路时，短路电流Isc与照度E成线性关系，SIsc/E称为灵敏度。,54,2-3半导体光电检测器件,二、光电池,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的外观,55

26、,光电二极管的组成,4.按材料分，光电二极管有硅、砷化稼、铈化铅光电二极管等许多种。按结构分，也有同质结与异质结之分。其中最典型的还是同质结硅光电二极管。,1.光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN 结。,2.它和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此它的频率特性特别好。,3.光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，,一般为数微安到数十微安。,56,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的组成,5.国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为 2CU和2DU两种系列。,6.2CU系列以N-Si为衬底，2DU系列以P-Si为衬底。,7.2CU系列光电二极管只有两

27、个引出线，前极(p)、后极(n)而2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极(n)、后极(p)外，还设了一个环极。其目的是为了减少暗电流和噪声。,57,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的组成,2CU型光电二极管,2DU型光电二极管,58,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的用法,a)不加外电源 b)加反向外电源 c)2DU环极接法,59,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,1光电特性器件的光电特性一般是指光电流与照度之间的函数关系，不过有时也表示为其它输出量与照度的函数关系。光电二极管器件的光电特性主要决定于材料，同时也与结构和

28、使用条件（负载大小、所加电压高低）有关。,60,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,反偏 压为15V时的光电特性,不同负载下的光电特性曲线,61,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,2光谱特性器件的光谱特性多用相对灵敏度与波长的关系曲线表示。光电二极管器件的光谱特性也主要决定于材料，同时也与结构和使用条件（负载大小、所加电压高低）有关。,62,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,硅、锗光电二极管的光谱特性曲线,硅光二极管的光谱特性曲线,63,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,3温度

29、特性 温度对器件的开路电压Uoc、短路电流Isc、暗电流Id、光电流Ip及单色光灵敏度都有影响。,64,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,2CU光电二极管光电流随温度的变化曲线,65,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,4伏安特性光电二极管器件的反偏电压与光电流的函数关系。在一定的照度下，光电二极管的伏安特性曲线几乎是平直的，可把它看成是恒流源。,66,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,-,67,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,光电二极管的特性参数,5噪声 结型光电器件的噪声主要是电流散粒噪声和电

30、阻的热噪声。电流散粒噪声是结区释放非平衡载流子的随机性引起的。,68,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,PIN光电二极管,2CU型光电二极管,PIN光电二极管,69,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,PIN光电二极管,1.PIN管是光电二极管中的一种。2.它的结构特点是，在P型和N型半导体之间夹着一层相对很厚的本征半导体I层。使PN结的内电场全集中于I层中，从而使PN结双电层的间距加宽，结电容变小。由式=CjRL与f=1/2知，Cj小，则小，频带变宽。因此，这种管子最大的特点是频带宽，可达10GHz。3.另一个特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范

31、围宽。增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，从而使结电容减小，频带变宽。4.但因I层电阻很大，输出电流小，在零点几至数微安。,70,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,雪崩光电二极管,雪崩光电二极管,71,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,雪崩光电二极管,1.雪崩光电二极管是利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。2.这种管子工作电压很高，约100200V，接近于反向击穿电压。3.结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。因此，这种管子有很高的内增益，可达到几百。当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达106，即产生所谓的

32、自持雪崩。,72,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,雪崩光电二极管,4.这种管子响应速度特别快，带宽可达100GHz，是目前响应速度最快的一种光电二极管。5.噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。由于雪崩反应是随机的，所以它的噪声较大，特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时，噪声可增大到放大器的噪声水平，以至无法使用,73,2-3半导体光电检测器件,三、光电二极管,四、光电三极管,光电三极管的组成,光电三极管,74,2-3半导体光电检测器件,光电三极管的组成,1.光电晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大作用。只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，也可以受光的控制。2.光电晶体管的

33、外形，有光窗、集电极引出线、发射极引出线和基极引出线（有的没有）。制作材料一般为半导体硅，管型为NPN型.3.产器件称为3DU系列。,75,四、光电三极管,2-3半导体光电检测器件,光电三极管的工作原理,1.正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。2.当光照到集电结上时，集电结即产生光电流向基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放大倍的电流，为电流放大倍数。3.光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上偏流电路中接一个光电二极管的作用是完全等效的。,76,四、光电三极管,2-3半导体光电检测器件,光电三极管的特性简介,77,四、光电三极管,2-3半导体

34、光电检测器件,光电三极管的特性简介,光电晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级。但它的光电特性不如光电二极管好，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。所以光电晶体管多用来作光电开关元件或光电逻辑元件。,78,四、光电三极管,2-3半导体光电检测器件,2-4各种光电器件的性能比较及选择,1.极性结型器件都有确定的极性，如要加电压使用时，光电结必须加反向电压，即P端与外电源的低电位相接。2.使用时对入射光强范围的选择应视用途而定。用于开关电路或逻辑电路时光照可以强些。用于模拟量测量时，光照不宜过强。因为一般器件都有这样的性质：光照弱些，负载电阻小些，加反偏压使用时，

35、光电线性好，反之则差。3.灵敏度主要决定于器件，但也与使用条件和方法有关，例如光源和接收器在光谱特性上是否匹配；入射光的方向与器件光敏面法线是否一致等因素。,79,2-4各种光电器件的性能比较及选择,4.结型器件的响应速度都很快。它主要决定于负载电阻和结电容所构成的时间常数（RC）。负载电阻大，输出电压可以大，但会变大，响应变慢。相反，负载电阻小，输出电压要减小，但会变小，响应速度变快。5.灵敏度与频带宽度之积为一常数的结论，对结型光电器件也适用。6.器件的各种参量差不多都与温度有关，但其中受温度影响最大的是暗电流。暗电流大的器件，容易受温度变化的影响，而使电路工作不稳定，同时噪声也大。7.温度变化、电、磁场干扰可引起电路发生误动作，背景光或光反馈也会引起电路误动作，应设法消除。,80,2-3 半导体光电检测器件,一、光敏电阻,二、光电池,三、光电二极管,四、光电三极管,