光电转换电路

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1、光电转换电路资料报告班级：电子 09 姓名： 旋学号： 8 号指导老师： 明含有光电转换器的电路叫做光电转换电路。光电转换器件主要是利用光电效应将光信号转换成电信号。自光电效应发现至今，光电转换器件获得了突飞猛进的发展，目前各种光电转换器件已广泛地应用在各行各业。常用的光 电效应转换器件有光敏电阻、光电倍增器、光 电池、光电二极管等。光电倍增器是把微弱的输入转换为电子，并使电子获得倍增的电真空器件。当光信号强度发生变化时，阴极发射的光电子数目相应变化，由于各倍增极的倍增因子基本上保持常数，所以阳极电流亦随光信号的变化而变化，此即光电倍增管的简单工作过程。由此可 见，光 电倍增管的性能主要由光阴

2、极、倍增极及极 间电压决定。光电阴极受强光照射后，由于发射电子的速率很高，光电阴极内部来不及重新补充电子，因此使光 电倍增管的灵敏度下降。如果入射光强度太高， 导致器件内电流太大，以至于 电阴极和倍增极因发射二分解，就会造成光电倍增管的永久性波坏。因此，使用光电倍增管时，应避免强 光直接入射。光电倍增管一般用来测弱光信号。光电池是把光能直接变成电能的器件，可作为能源器件使用，如卫星上使用的太阳能电池。它也可作为 光电子探测器件。光电二极管有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管两种。半导体 PN 结区附近成为耗尽层，该层的两侧 是相对高的空间电荷区，而耗尽层内通常情况下并不存在电子和空穴。只有当光照

3、射 PN 结时才能使耗尽 层内产生载流子（电子空穴对）， 载流子被结内电场 加速形成光电流。利用 该 原理制成的光电二极管称为耗尽层光电二极管。耗尽层 光电二极管有 pin 层、 pn 层、金属半导体型、异质型等光电二极管工作原理光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN 结，和普通二极管相比，在结构上不同的是， 为 了便于接受入射光照，PN 结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且 PN 结的结深很浅，一般小于 1微米。 光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于 0.1 微安），称为暗 电流。当有光照 时，携带能量的光子 进入 P

4、N 结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称 为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个 PN 结，不同之 处是在光 电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现 光电转换，在 电路图中文字符号一般为 VD。光 电三极管除具有光电转换的功能外

5、，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光 电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光 线照射。光电二极管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下：遮住窗口，选用万用表 R*1K 挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。正、反向阻值一大一小者为光电二极管。0光电二极管检测：首先根据外壳上的标记判断其极，外壳标有色点的管脚或靠近管键的管脚为正极，另一管脚为负载。如无 标记可用一块黑布遮住其接收光线信号的窗口，将万用表置 R*1 K 挡测出正极和负极，同时测得其正向电阻应在 10K20K

6、 间，其反向电阻应为无穷大，表针不动。然后去掉遮光黑布，光电二极管接收窗口对着光源，此时万用表表针应向右偏转，偏转角度大小说明其灵敏度高低，偏转角度越大，灵敏度越高光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应会、使用方便等特点，广泛用于激光探测 器。 图 1.1.1-1 是硅光电 二极管的工作原理。外加反偏电压于结内电场方向一致，当 pn 结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子空穴对）。结区内的电子空穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向 n 区，空穴被拉向 p 区而形成光电流。同 时势垒区一侧一个扩散长度内的光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。当入设光

7、强变化时，光生 载流子的浓度及通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。这种变化在入射光强很大的动态范围内仍能保持线性关系。 伏安特性当没有光照射时，光电二极管相当于普通的二极管。其伏安特性是式中 I 为流过二极管的总电流， 为反向饱和电流，e 为电子电荷，k为玻尔兹曼常量，T 为工作温度，V 为加在二极管两端的 电压。如 图1.1.1-2 所示 对于外加正向电压，I 随 V 指数增长，称 为正向电流；当外加电压反向时，在反向击穿电压之内，反向饱和电流基本上是个常数。对于硅光二极管来说，其伏安特性可表示为 式中 是流过硅光电二极管的总电流， 是反向光电流，S 是电流灵敏度，P 是入射光功率，因硅光二极管是反向偏压工作，故上式可简化为 硅光电二极管的伏安特性曲线相当于把普通二极管的伏安特性曲线向下平移。其实际伏安曲线如图 1.1.1-3 所示。在工作反偏压一定的情况下，从图 1.1.1-3 可以绘出 与入射光强的关系曲线，如图 1.1.1-4 所示。从图中可以看出，在很大的动态范围内，它们 基本上是线性关系。因此光电二极管不像光电倍增管那样容易损坏。