光電轉(zhuǎn)換電路

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1、光電轉(zhuǎn)換電路資料報告班級：電子09姓名：旋學(xué)號：8號指導(dǎo)老師：明含有光電轉(zhuǎn)換器的電路叫做光電轉(zhuǎn)換電路。光電轉(zhuǎn)換器件主要是利用光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。自光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)至今，光電轉(zhuǎn)換器件獲得了突飛猛進的發(fā)展，目前各種光電轉(zhuǎn)換器件已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)。常用的光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換器件有光敏電阻、光電倍增器、光電池、光電二極管等。光電倍增器是把微弱的輸入轉(zhuǎn)換為電子，并使電子獲得倍增的電真空器件。當光信號強度發(fā)生變化時，陰極發(fā)射的光電子數(shù)目相應(yīng)變化，由于各倍增極的倍增因子基本上保持常數(shù)，所以陽極電流亦隨光信號的變化而變化，此即光電倍增管的簡單工作過程。由

2、此可見，光電倍增管的性能主要由光陰極、倍增極及極間電壓決定。光電陰極受強光照射后，由于發(fā)射電子的速率很高，光電陰極內(nèi)部來不及重新補充電子，因此使光電倍增管的靈敏度下降。如果入射光強度太高，導(dǎo)致器件內(nèi)電流太大，以至于電陰極和倍增極因發(fā)射二分解，就會造成光電倍增管的永久性波壞。因此，使用光電倍增管時，應(yīng)避免強光直接入射。光電倍增管一般用來測弱光信號。光電池是把光能直接變成電能的器件，可作為能源器件使用，如衛(wèi)星上使用的太陽能電池。它也可作為光電子探測器件。光電二極管有耗盡層光電二極管和雪崩光電二極管兩種。半導(dǎo)體PN結(jié)區(qū)附近成為耗盡層，該層的兩側(cè)是

3、相對高的空間電荷區(qū)，而耗盡層內(nèi)通常情況下并不存在電子和空穴。只有當光照射PN結(jié)時才能使耗盡層內(nèi)產(chǎn)生載流子（電子－空穴對），載流子被結(jié)內(nèi)電場加速形成光電流。利用該原理制成的光電二極管稱為耗盡層光電二極管。耗盡層光電二極管有pin層、pn層、金屬－半導(dǎo)體型、異質(zhì)型等光電二極管工作原理光電二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向

4、電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。光電二極管、光電三極管是電子電路中廣泛采用的光敏器件。光電二極管和普通二極管一樣具有一個PN結(jié)，不同之處是在光電二極管的

5、外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號一般為VD。光電三極管除具有光電轉(zhuǎn)換的功能外，還具有放大功能，在電路圖中文字符號一般為VT。光電三極管因輸入信號為光信號，所以通常只有集電極和發(fā)射極兩個引腳線。同光電二極管一樣，光電三極管外殼也有一個透明窗口，以接收光線照射。光電二極管與光電三極管外殼形狀基本相同，其判定方法如下：遮住窗口，選用萬用表R*1K擋，測兩管腳引線間正、反向電阻，均為無窮大的為光電三極管。正、反向阻值一大一小者為光電二極管。0光電二極管檢測：首先根據(jù)外殼上的標記判斷其極，外殼標有色點的管腳或靠近

6、管鍵的管腳為正極，另一管腳為負載。如無標記可用一塊黑布遮住其接收光線信號的窗口，將萬用表置R*1K擋測出正極和負極，同時測得其正向電阻應(yīng)在10K~20K間，其反向電阻應(yīng)為無窮大，表針不動。然后去掉遮光黑布，光電二極管接收窗口對著光源，此時萬用表表針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大小說明其靈敏度高低，偏轉(zhuǎn)角度越大，靈敏度越高光電二極管是典型的光電效應(yīng)探測器，具有量子噪聲低、響應(yīng)會、使用方便等特點，廣泛用于激光探測器。圖1.1.1-1是硅光電二極管的工作原理。?外加反偏電壓于結(jié)內(nèi)電場方向一致，當pn結(jié)及其附近被光照射時，就會產(chǎn)生載流子（即電子－空穴對）。

7、結(jié)區(qū)內(nèi)的電子－空穴對在勢壘區(qū)電場的作用下，電子被拉向n區(qū)，空穴被拉向p區(qū)而形成光電流。同時勢壘區(qū)一側(cè)一個擴散長度內(nèi)的光生載流子先向勢壘區(qū)擴散，然后在勢壘區(qū)電場的作用下也參與導(dǎo)電。當入設(shè)光強變化時，光生載流子的濃度及通過外回路的光電流也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。這種變化在入射光強很大的動態(tài)范圍內(nèi)仍能保持線性關(guān)系。–???伏安特性當沒有光照射時，光電二極管相當于普通的二極管。其伏安特性是式中I為流過二極管的總電流，為反向飽和電流，e為電子電荷，k為玻爾茲曼常量，T為工作溫度，V為加在二極管兩端的電壓。如圖1.1.1-2所示???對于外加正向電壓，I隨

8、V指數(shù)增長，稱為正向電流；當外加電壓反向時，在反向擊穿電壓之內(nèi)，反向飽和電流基本上是個常數(shù)。對于硅光二極管來說，其伏安特性可表示為式中是流過硅光電二極管的總電流，是反向光電流，S