光敏二极管和光敏三极管的应用与区别

1）结构及工作原理

（1）光敏二极管

光敏二极管的结构与一般二极管相似，它装在透明玻璃外壳中，PN结位于管顶，可直接受到光照射，如图8.19所示。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，如图8.20所示。在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流（也叫暗电流）很小，这时光敏二极管处于截止状态；当光照射时，光敏二极管处于导通状态。

图8.19　光敏二极管符号

图8.20　光敏二极管接线法

光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系，适合于检测等方面的应用。

（2）光敏三极管

光敏三极管的结构与一般三极管很相似，有PNP型和NPN型两种，只是它的基极做得很大，以扩大光的照射面积，且基极往往不接引线。如图8.21所示，光敏三极管也有两个PN结，因此具有电流增益。以NPN型为例，当集电极加上正电压，基极开路时，集电结处于反向偏置状态。当光线照在发射结时，会产生电子-空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下空穴，使基极相对发射极电位升高，这样便有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍。

图8.21　光敏三极管符号及工作电路

2）光敏三极管的主要特性

（1）光谱特性

图8.22所示是硅和锗光敏晶体管的光谱特性，它们均有一个最佳灵敏度的峰值，硅的峰值波长为9 000 Å，锗的峰值波长为15 000 Å。当入射光的波长超过峰值波长时，光子能量减小，不足以激发电子-空穴对，相对灵敏度下降；当入射光的波长减小时，由于光子在半导体表面附近就被吸收，而表面激发的电子-空穴对不能到达PN结，因而相对灵敏度下降。所以，在探测可见光或炽热状态物体时，一般选用硅管；而对红外线进行探测时，则采用锗管较合适。

图8.22　光敏三极管的光谱特性(www.xing528.com)

锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。

（2）伏安特性

图8.23所示的是光敏晶体管在不同照度下的伏安特性，与一般晶体管在不同基极电流时的输出特性一样。因此，只要将入射光照射在be间的PN结附近，把所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。

图8.23　光敏三极管的伏安特性

（3）光照特性

图8.24所示是光敏三极管的输出电流Ic与照度之间的关系，呈近似线性关系。当光照足够大时，会出现饱和现象。因此，光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。

图8.24　光敏三极管的光照特性

（4）温度特性

图8.25所示是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。可以看出，温度变化对光电流的影响较小，而对暗电流的影响很大。所以，在电路中应对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。

图8.25　光敏三极管的温度特性

（5）频率特性

光敏三极管的频率特性会受负载电阻的影响。如图8.26所示，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差，硅管的频率响应要比锗管好。对于锗管，入射光的调制频率要求在5 kHz以下。实验证明，光敏三极管的截止频率和它的基区厚度呈反比关系，基区变薄，截止频率变高，但光电灵敏度降低，在制造时要两者兼顾。

图8.26　光敏三极管的频率特性