光敏晶体管的工作原理与应用

图5.2-10　光电池的温度特性曲线

1.光敏二极管和光敏三极管的结构与工作原理

光敏二极管的结构与一般二极管相似，它的PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，如图5.2-11所示。在图5.2-11（a）中给出了光敏二极管的原理图，图5.2-11（b）中给出了光敏二极管的接线图。在没有光照射时反向电阻很大，反向电流很小，这时反向电流叫暗电流。但光照射光敏二极管时，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子－空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流，光照度越大，光电流愈大。因此，在不受光照射时，光敏二极管处于截止状态；受光照射时，光敏二极管处于导通状态。

图5.2-11　光敏二极管的原理和接线图

光敏三极管有PNP型和NPN型两种，原理如图5.2-12所示，其结构与一般三极管很相似。光敏三极管的工作原理是这样的：当光照射到PN结附近，使PN结附近产生光生电子-空穴对，它们在PN结处的内电场作用下，作定向运动形成光电流，因此，PN结的反向电流大大增加，由于光照射发射结产生的光电流相当于三极管的基极电流。因此，集电极电流是光电流的β倍，所以光电三极管比光电二极管具有更高的灵敏度。

2.光敏晶体管的基本特性

（1）光敏晶体管的光谱特性。如图5.2-13所示，即为光敏晶体管的光谱特性曲线。从特性曲线可以看出，硅管的峰值波长为0.9μm左右，锗管的峰值波长为1.5μm左右。由于锗管的暗电流比硅管大，因此，一般来说，锗管的性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，都采用硅管。但对红外光进行探测时，则锗管较为合适。

图5.2-12　光敏三极管的原理和接线图

图5.2-13　光敏晶体管的光谱特性曲线(www.xing528.com)

（2）光敏晶体管的伏安特性。图5.2-14为锗光敏晶体管的伏安特性曲线。光敏晶体管在不同照度Ee下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。只要将入射光在发射极与基极之间的PN结附近所产生的光电流看做基极电流，就可将光敏晶体管看成一般的晶体管。

（3）光敏晶体管的光照特性。图5.2-15所示为光敏晶体管的光照特性曲线。它给出了光敏晶体管的输出电流Ie和照度Ee之间的关系。从图中可以看出它们的关系曲线近似地可以看做是线性关系。

图5.2-14　光敏晶体管的伏安特性

（a）二极管；（b）三极管

图5.2-15　光照特性曲线

（a）硅光敏二极管；（b）硅光敏三极管

（4）光敏晶体管的温度特性。图5.2-16为光敏晶体管的温度特性曲线，它给出了暗电流及输出电流与温度的关系。从曲线可知，温度变化对输出电流的影响较小，主要由光照度所决定。而暗电流随温度变化很大，所以在应用时应在线路上采取措施进行温度补偿。

图5.2-16　光敏管的温度特性曲线

（a）暗电流-温度曲线（Uce＝10V，500lx）；（b）光电流-温度曲线

（5）光敏晶体管的时间常数。实验表明：光敏晶体管可以看成一个非周期环节。一般锗管的时间常数约为2×10－4s，而硅管的在10－5s左右。当检测系统要求快速时，往往选择硅光敏晶体管。