光電轉(zhuǎn)換電路

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1、光電轉(zhuǎn)換電路資料報(bào)告班級(jí)：電子09姓名：旋學(xué)號(hào)：8號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(jìn)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(dāng)光信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，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(yáng)極電流亦隨光信號(hào)的變化而變化，此即光電倍增管的簡(jiǎn)單工作過(guò)程。由

2、此可見(jiàn)，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(qiáng)光照射后，由于發(fā)射電子的速率很高，光電陰極內(nèi)部來(lái)不及重新補(bǔ)充電子，因此使光電倍增管的靈敏度下降。如果入射光強(qiáng)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(huì)造成光電倍增管的永久性波壞。因此，使用光電倍增管時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)光直接入射。光電倍增管一般用來(lái)測(cè)弱光信號(hào)。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(yáng)能電池。它也可作為光電子探測(cè)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(duì)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(dāng)光照射PN結(jié)時(shí)才能使耗盡層內(nèi)產(chǎn)生載流子（電子－空穴對(duì)），載流子被結(jié)內(nèi)電場(chǎng)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(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)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(méi)有光照時(shí)，反向

4、電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對(duì)，稱為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)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(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)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(gè)PN結(jié)，不同之處是在光電二極管的

5、外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在電路圖中文字符號(hào)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(hào)一般為VT。光電三極管因輸入信號(hào)為光信號(hào)，所以通常只有集電極和發(fā)射極兩個(gè)引腳線。同光電二極管一樣，光電三極管外殼也有一個(gè)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(wàn)用表R*1K擋，測(cè)兩管腳引線間正、反向電阻，均為無(wú)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(cè)：首先根據(jù)外殼上的標(biāo)記判斷其極，外殼標(biāo)有色點(diǎn)的管腳或靠近

6、管鍵的管腳為正極，另一管腳為負(fù)載。如無(wú)標(biāo)記可用一塊黑布遮住其接收光線信號(hào)的窗口，將萬(wàn)用表置R*1K擋測(cè)出正極和負(fù)極，同時(shí)測(cè)得其正向電阻應(yīng)在10K~20K間，其反向電阻應(yīng)為無(wú)窮大，表針不動(dòng)。然后去掉遮光黑布，光電二極管接收窗口對(duì)著光源，此時(shí)萬(wàn)用表表針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度大小說(shuō)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(cè)器，具有量子噪聲低、響應(yīng)會(huì)、使用方便等特點(diǎn)，廣泛用于激光探測(cè)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(chǎng)方向一致，當(dāng)pn結(jié)及其附近被光照射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生載流子（即電子－空穴對(duì)）。

7、結(jié)區(qū)內(nèi)的電子－空穴對(duì)在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)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(shí)勢(shì)壘區(qū)一側(cè)一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度內(nèi)的光生載流子先向勢(shì)壘區(qū)擴(kuò)散，然后在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的作用下也參與導(dǎo)電。當(dāng)入設(shè)光強(qiáng)變化時(shí)，光生載流子的濃度及通過(guò)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(qiáng)很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)仍能保持線性關(guān)系。–???伏安特性當(dāng)沒(méi)有光照射時(shí)，光電二極管相當(dāng)于普通的二極管。其伏安特性是式中I為流過(guò)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(duì)于外加正向電壓，I隨

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