传感器原理光传感器

传感器技术主讲：吴秋宁 第 五 章 光 传 感 器 第 一 节 概 述 第 二 节 外 光 电 效 应 器 件 第 三 节 内 光 电 效 应 器 件 第 四 节 新 型 光 电 传 感 器 第 五 节 光 敏 传 感 器 的 应 用 举 例光 传 感 器 是 各 种 光 电 检 测 系 统 中 实 现 光 电 转 换的 关 键 元 件 ， 它 是 把 光 信 号 （ 红 外 、 可 见 及 紫外 光 辐 射 ） 转 变 成 为 电 信 号 的 器 件 。 一 、 光 谱光 波 ： 波 长 为 10106nm的 电 磁 波可 见 光 ： 波 长 380780nm紫 外 线 ： 波 长 10380nm，波 长 300380nm称 为 近 紫 外 线波 长 200300nm称 为 远 紫 外 线波 长 10200nm称 为 极 远 紫 外 线 ，红 外 线 ： 波 长 780106nm波 长 3m（ 即 3000nm） 以 下 的 称 近 红 外 线波 长 超 过 3m的 红 外 线 称 为 远 红 外 线 。光 谱 分 布 如 图 所 示 。第 一 节 概 述 远紫外 近紫外 可 见 光 近 红 外 远 红 外极 远 紫 外0.01 0.1 1 100.05 0.5 5波 长 / m光 的 波 长 与 频 率 的 关 系 由 光 速 确 定 ， 真 空 中 的 光 速c=2.99793 1010cm/s， 通 常 c3 1010cm/s。光 的 波 长 和 频 率 的 关 系 为 的 单 位 为 H z， 的 单 位 为 cm。 =3 1010cm/s 二 、 光 源 （ 发 光 器 件 ）1、 钨 丝 白 炽 灯用 钨 丝 通 电 加 热 作 为 光 辐 射 源 最 为 普 通 ， 一 般 白 炽灯 的 辐 射 光 谱 是 连 续 的 。发 光 范 围 ： 可 见 光 外 、 大 量 红 外 线 和 紫 外 线 ， 所 以 任 何光 敏 元 件 都 能 和 它 配 合 接 收 到 光 信 号 。2、 气 体 放 电 灯定 义 ： 利 用 电 流 通 过 气 体 产 生 发 光 现 象 制 成 的 灯 。气 体 放 电 灯 的 光 谱 是 不 连 续 的 ， 光 谱 与 气 体 的 种类 及 放 电 条 件 有 关 。 改 变 气 体 的 成 分 、 压 力 、 阴 极 材料 和 放 电 电 流 大 小 ， 可 得 到 主 要 在 某 一 光 谱 范 围 的 辐射 。 它 们 经 常 用 作 光 电 检 测 仪 器 的 单 色 光 源 。气 体 放 电 灯 消 耗 的 能 量 仅 为 白 炽 灯 1/21/3。 3、 发 光 二 极 管 LED（ LightEmittingDiode）由 半 导 体 PN结 构 成 ， 其 工 作 电 压 低 、 响 应 速 度 快 、寿 命 长 、 体 积 小 、 重 量 轻 ， 因 此 获 得 了 广 泛 的 应 用 。在 半 导 体 PN结 中 ， P区 的 空 穴 由 于 扩 散 而 移 动 到 N区 ， N区 的 电 子 则 扩 散 到 P区 ， 在 PN结 处 形 成 势 垒 （ 内电 场 ） ， 从 而 抑 制 了 空 穴 和 电 子 的 继 续 扩 散 。 当 PN结上 加 有 正 向 电 压 时 ， 势 垒 （ 内 电 场 ） 降 低 ， 电 子 由 N区注 入 到 P区 ， 空 穴 则 由 P区 注 入 到 N区 ， 称 为 少 数 载 流 子注 入 。 所 注 入 到 P区 里 的 电 子 和 P区 里 的 空 穴 复 合 ， 注入 到 N区 里 的 空 穴 和 N区 里 的 电 子 复 合 ， 这 种 复 合 同 时伴 随 着 以 光 子 形 式 放 出 能 量 ， 因 而 有 发 光 现 象 。 4、 激 光 器激 光 是 20世 纪 60年 代 出 现 的 最 重 大 科 技 成 就 之一 ， 具 有 高 方 向 性 、 高 单 色 性 和 高 亮 度 三 个 重要 特 性 。 激 光 波 长 从 0.24m到 远 红 外 整 个 光频 波 段 范 围 。激 光 器 种 类 繁 多 ， 按 工 作 物 质 分 类 ：u固 体 激 光 器 （ 如 红 宝 石 激 光 器 ）u气 体 激 光 器 （ 如 氦 -氖 气 体 激 光 器 、 二 氧 化 碳激 光 器 ）u半 导 体 激 光 器 （ 如 砷 化 镓 激 光 器 ）u液 体 激 光 器 。 三 、 光 电 效 应是 指 物 体 吸 收 了 光 能 后 转 换 为 该 物 体 中 某 些 电 子 的 能量 ， 从 而 产 生 的 电 效 应 。 光 电 传 感 器 的 工 作 原 理 基 于光 电 效 应 。 光 电 效 应 分 为 外 光 电 效 应 和 内 光 电 效 应 两大 类1、 外 光 电 效 应在 光 线 的 作 用 下 ， 物 体 内 的 电 子 逸 出 物 体 表 面 向 外发 射 的 现 象 称 为 外 光 电 效 应 。 向 外 发 射 的 电 子 叫 做 光电 子 。 基 于 外 光 电 效 应 的 光 电 器 件 有 光 电 管 、 光 电 倍增 管 等 。光 子 是 具 有 能 量 的 粒 子 ， 每 个 光 子 的 能 量 ：E=hh普 朗 克 常 数 ， 6.626 10 -34Js； 光 的 频 率 （ s-1） 根 据 爱 因 斯 坦 假 设 ， 一 个 电 子 只 能 接 受 一 个 光 子的 能 量 ， 所 以 要 使 一 个 电 子 从 物 体 表 面 逸 出 ， 必须 使 光 子 的 能 量 大 于 该 物 体 的 表 面 逸 出 功 ， 超 过部 分 的 能 量 表 现 为 逸 出 电 子 的 动 能 。 外 光 电 效 应多 发 生 于 金 属 和 金 属 氧 化 物 ， 从 光 开 始 照 射 至 金属 释 放 电 子 所 需 时 间 不 超 过 10-9s。根 据 能 量 守 恒 定 理 式 中 m 电 子 质 量 ； v 0电 子 逸 出 速 度 。 02021 Amh 该 方 程 称 为 爱 因 斯 坦 光 电 效 应 方 程 。 n光 电 子 能 否 产 生 ， 取 决 于 光 电 子 的 能 量 是 否 大 于 该 物体 的 表 面 电 子 逸 出 功 A0。 不 同 的 物 质 具 有 不 同 的 逸 出 功 ，即 每 一 个 物 体 都 有 一 个 对 应 的 光 频 阈 值 ， 称 为 红 限 频 率或 波 长 限 。 光 线 频 率 低 于 红 限 频 率 ， 光 子 能 量 不 足 以 使物 体 内 的 电 子 逸 出 ， 因 而 小 于 红 限 频 率 的 入 射 光 ， 光 强再 大 也 不 会 产 生 光 电 子 发 射 ； 反 之 ， 入 射 光 频 率 高 于 红限 频 率 ， 即 使 光 线 微 弱 ， 也 会 有 光 电 子 射 出 。n当 入 射 光 的 频 谱 成 分 不 变 时 ， 产 生 的 光 电 流 与 光 强 成正 比 。 即 光 强 愈 大 ， 意 味 着 入 射 光 子 数 目 越 多 ， 逸 出 的电 子 数 也 就 越 多 。n光 电 子 逸 出 物 体 表 面 具 有 初 始 动 能 m v 02/2， 因 此 外 光电 效 应 器 件 （ 如 光 电 管 ） 即 使 没 有 加 阳 极 电 压 ， 也 会 有光 电 子 产 生 。 为 了 使 光 电 流 为 零 ， 必 须 加 负 的 截 止 电 压 ，而 且 截 止 电 压 与 入 射 光 的 频 率 成 正 比 。 当 光 照 射 在 物 体 上 ， 使 物 体 的 电 阻 率 发 生变 化 ， 或 产 生 光 生 电 动 势 的 现 象 叫 做 内 光 电 效 应 ，它 多 发 生 于 半 导 体 内 。 根 据 工 作 原 理 的 不 同 ， 内光 电 效 应 分 为 光 电 导 效 应 和 光 生 伏 特 效 应 两 类 ：（ 1） 光 电 导 效 应在 光 线 作 用 ， 电 子 吸 收 光 子 能 量 从 键 合 状 态过 渡 到 自 由 状 态 ， 而 引 起 材 料 电 导 率 的 变 化 ， 这种 现 象 被 称 为 光 电 导 效 应 。 基 于 这 种 效 应 的 光 电器 件 有 光 敏 电 阻 。2、 内 光 电 效 应 过 程 ： 当 光 照 射 到 半 导 体 材 料 上 时 ， 价 带 中 的 电 子 受到 能 量 大 于 或 等 于 禁 带 宽 度 的 光 子 轰 击 ， 并 使 其 由 价带 越 过 禁 带 跃 入 导 带 ， 如 图 ， 使 材 料 中 导 带 内 的 电 子和 价 带 内 的 空 穴 浓 度 增 加 ， 从 而 使 电 导 率 变 大 。导 带价 带禁 带 自 由 电 子 所 占 能 带不 存 在 电 子 所 占 能 带价 电 子 所 占 能 带Eg 电 子 能 级 示 意 图 材 料 的 光 导 性 能 决 定 于 禁 带 宽 度 ， 对 于 一 种 光电 导 材 料 ， 总 存 在 一 个 照 射 光 波 长 限 0， 只 有波 长 小 于 0的 光 照 射 在 光 电 导 体 上 ， 才 能 产 生电 子 能 级 间 的 跃 进 ， 从 而 使 光 电 导 体 的 电 导 率增 加 。式 中 、 分 别 为 入 射 光 的 频 率 和 波 长 。 Eg24.1 hch为 了 实 现 能 级 的 跃 迁 ， 入 射 光 的 能 量 必 须 大 于 光 电 导材 料 的 禁 带 宽 度 Eg， 即 （ 2） 光 生 伏 特 效 应在 光 线 作 用 下 能 够 使 物 体 产 生 一 定 方 向 的电 动 势 的 现 象 叫 做 光 生 伏 特 效 应 。基 于 该 效 应 的 光 电 器 件 有 光 电 池 和 光 敏 二 极 管 、三 极 管 。 势 垒 效 应 （ 结 光 电 效 应 ） 。接 触 的 半 导 体 和 PN结 中 ， 当 光 线 照 射 其 接触 区 域 时 ， 便 引 起 光 电 动 势 ， 这 就 是 结 光 电 效 应 。以 PN结 为 例 ， 光 线 照 射 PN结 时 ， 设 光 子 能 量 大 于 禁带 宽 度 E g， 使 价 带 中 的 电 子 跃 迁 到 导 带 ， 而 产 生 电 子空 穴 对 ， 在 阻 挡 层 内 电 场 的 作 用 下 ， 被 光 激 发 的 电 子移 向 N区 外 侧 ， 被 光 激 发 的 空 穴 移 向 P区 外 侧 ， 从 而使 P区 带 正 电 ， N区 带 负 电 ， 形 成 光 电 动 势 。 侧 向 光 电 效 应 。当 半 导 体 光 电 器 件 受 光 照 不 均 匀 时 ， 有 载流 子 浓 度 梯 度 将 会 产 生 侧 向 光 电 效 应 。 当 光 照部 分 吸 收 入 射 光 子 的 能 量 产 生 电 子 空 穴 对 时 ，光 照 部 分 载 流 子 浓 度 比 未 受 光 照 部 分 的 载 流 子浓 度 大 ， 就 出 现 了 载 流 子 浓 度 梯 度 ， 因 而 载 流子 就 要 扩 散 。 如 果 电 子 迁 移 率 比 空 穴 大 ， 那 么空 穴 的 扩 散 不 明 显 ， 则 电 子 向 未 被 光 照 部 分 扩散 ， 就 造 成 光 照 射 的 部 分 带 正 电 ， 未 被 光 照 射部 分 带 负 电 ， 光 照 部 分 与 未 被 光 照 部 分 产 生 光电 动 势 。 基 于 该 效 应 的 光 电 器 件 如 半 导 体 光 电位 置 敏 感 器 件 （ PSD） 。 利 用 物 质 在 光 的 照 射 下 发 射 电 子 的 外 光 电 效 应 而 制成 的 光 电 器 件 ， 一 般 都 是 真 空 的 或 充 气 的 光 电 器 件 ，如 光 电 管 和 光 电 倍 增 管 。一 、 光 电 管 及 其 基 本 特 性 光 电 管 的 结 构 示 意 图光阳 极光 电 阴 极 光 窗1. 结 构 与 工 作 原 理光 电 管 有 真 空 光 电 管 和 充 气光 电 管 或 称 电 子 光 电 管 和 离 子 光电 管 两 类 。 两 者 结 构 相 似 ， 如 图 。它 们 由 一 个 阴 极 和 一 个 阳 极 构 成 ，并 且 密 封 在 一 只 真 空 玻 璃 管 内 。阴 极 装 在 玻 璃 管 内 壁 上 ， 其 上 涂有 光 电 发 射 材 料 。 阳 极 通 常 用 金属 丝 弯 曲 成 矩 形 或 圆 形 ， 置 于 玻璃 管 的 中 央 。 第 二 节 外 光 电 效 应 器 件 光 电 器 件 的 性 能 主 要 由 伏 安 特 性 、 光 照 特 性 、 光 谱特 性 、 响 应 时 间 、 峰 值 探 测 率 和 温 度 特 性 来 描 述 。（ 1） 光 电 管 的 伏 安 特 性2. 主 要 性 能 在 一 定 的 光 照 射下 ， 对 光 电 器 件 的 阴极 所 加 电 压 与 阳 极 所产 生 的 电 流 之 间 的 关系 称 为 光 电 管 的 伏 安特 性 。 光 电 管 的 伏 安特 性 如 图 所 示 。 它 是应 用 光 电 传 感 器 参 数的 主 要 依 据 。图 4.2-2光 电 管 的 伏 安 特 性 50 20lm40lm60lm80lm100lm120lm100 150 200024681012 阳 极 与 末 级 倍 增 极 间 的 电 压 /VIA/A （ 2） 光 电 管 的 光 照 特 性通 常 指 当 光 电 管 的 阳 极 和 阴 极 之 间 所 加 电 压 一 定时 ， 光 通 量 与 光 电 流 之 间 的 关 系 为 光 电 管 的 光 照 特 性 。其 特 性 曲 线 如 图 所 示 。 曲 线 1表 示 氧 铯 阴 极 光 电管 的 光 照 特 性 ， 光 电流 I与 光 通 量 成 线 性 关系 。 曲 线 2为 锑 铯 阴 极的 光 电 管 光 照 特 性 ，它 成 非 线 性 关 系 。 光照 特 性 曲 线 的 斜 率（ 光 电 流 与 入 射 光 光通 量 之 间 比 ） 称 为 光电 管 的 灵 敏 度 。 光 电 管 的 光 照 特 性255075100 20 0.5 1.5 2.0 /1mIA/A 1.0 2.51 （ 3） 光 电 管 光 谱 特 性由 于 光 阴 极 对 光 谱 有 选 择 性 ， 因 此 光 电 管对 光 谱 也 有 选 择 性 。 保 持 光 通 量 和 阴 极 电 压 不变 ， 阳 极 电 流 与 光 波 长 之 间 的 关 系 叫 光 电 管 的光 谱 特 性 。 一 般 对 于 光 电 阴 极 材 料 不 同 的 光 电 管 ，它 们 有 不 同 的 红 限 频 率 0， 因 此 它 们 可 用 于 不 同 的 光谱 范 围 。 除 此 之 外 ， 即 使 照 射 在 阴 极 上 的 入 射 光 的 频率 高 于 红 限 频 率 0， 并 且 强 度 相 同 ， 随 着 入 射 光 频 率的 不 同 ， 阴 极 发 射 的 光 电 子 的 数 量 还 会 不 同 ， 即 同 一光 电 管 对 于 不 同 频 率 的 光 的 灵 敏 度 不 同 ， 这 就 是 光 电管 的 光 谱 特 性 。 所 以 ， 对 各 种 不 同 波 长 区 域 的 光 ， 应选 用 不 同 材 料 的 光 电 阴 极 。 国 产 G D-4型 的 光 电 管 ， 阴 极 是 用 锑 铯 材 料 制 成 的 。其 红 限 0=7000， 它 对 可 见 光 范 围 的 入 射 光 灵 敏 度 比 较高 ， 转 换 效 率 ： 25%30%。 它 适 用 于 白 光 光 源 ， 因 而被 广 泛 地 应 用 于 各 种 光 电 式 自 动 检 测 仪 表 中 。 对 红 外 光源 ， 常 用 银 氧 铯 阴 极 ， 构 成 红 外 传 感 器 。 对 紫 外 光 源 ，常 用 锑 铯 阴 极 和 镁 镉 阴 极 。 另 外 ， 锑 钾 钠 铯 阴 极 的 光 谱范 围 较 宽 ， 为 30008500， 灵 敏 度 也 较 高 ， 与 人 的 视 觉光 谱 特 性 很 接 近 ， 是 一 种 新 型 的 光 电 阴 极 ； 但 也 有 些 光电 管 的 光 谱 特 性 和 人 的 视 觉 光 谱 特 性 有 很 大 差 异 ， 因 而在 测 量 和 控 制 技 术 中 ， 这 些 光 电 管 可 以 担 负 人 眼 所 不 能胜 任 的 工 作 ， 如 坦 克 和 装 甲 车 的 夜 视 镜 等 。一 般 充 气 光 电 管 当 入 射 光 频 率 大 于 8000H z时 ， 光 电流 将 有 下 降 趋 势 ， 频 率 愈 高 ， 下 降 得 愈 多 。 二 、 光 电 倍 增 管 及 其 基 本 特 性当 入 射 光 很 微 弱 时 ， 普 通 光 电 管 产 生 的 光 电 流 很小 ， 只 有 零 点 几 A， 很 不 容 易 探 测 。 这 时 常 用 光 电 倍增 管 对 电 流 进 行 放 大 ， 下 图 为 其 内 部 结 构 示 意 图 。1. 结 构 和 工 作 原 理由 光 阴 极 、 次 阴 极 (倍 增 电 极 )以 及 阳 极 三 部 分 组 成 。 光 阴 极 是 由 半导 体 光 电 材 料 锑 铯 做 成 ； 次 阴 极 是 在 镍 或 铜 -铍 的 衬 底 上 涂 上 锑 铯材 料 而 形 成 的 ， 次 阴 极 多 的 可 达 30级 ； 阳 极 是 最 后 用 来 收 集 电 子 入 射 光光 电 阴 极第 一 倍 增 极 阳 极第 三 倍 增 极 的 ， 收 集 到 的 电 子 数 是 阴 极发 射 电 子 数 的 105106倍 。 即光 电 倍 增 管 的 放 大 倍 数 可 达几 万 倍 到 几 百 万 倍 。 光 电 倍增 管 的 灵 敏 度 就 比 普 通 光 电管 高 几 万 倍 到 几 百 万 倍 。 因此 在 很 微 弱 的 光 照 时 ， 它 就能 产 生 很 大 的 光 电 流 。 （ 1） 倍 增 系 数 M倍 增 系 数 M等 于 n个 倍 增 电 极 的 二次 电 子 发 射 系 数 的 乘 积 。 如 果 n个 倍 增 电 极 的 都 相 同 ，则 M=因 此 ， 阳 极 电 流 I 为 I =i i 光 电 阴 极 的 光 电 流光 电 倍 增 管 的 电 流 放 大 倍 数 为 = I / i =M与 所 加 电 压 有 关 ， M在 105108之 间 ， 稳 定 性 为 1 左右 ， 加 速 电 压 稳 定 性 要 在 0.1 以 内 。 如 果 有 波 动 ， 倍增 系 数 也 要 波 动 ， 因 此 M具 有 一 定 的 统 计 涨 落 。 一 般阳 极 和 阴 极 之 间 的 电 压 为 10002500V， 两 个 相 邻 的 倍增 电 极 的 电 位 差 为 50100V。 对 所 加 电 压 越 稳 越 好 ，这 样 可 以 减 小 统 计 涨 落 ， 从 而 减 小 测 量 误 差 。 2. 主 要 参 数 ni nini 10310410510625 50 75 100 125极 间 电 压 /V放 大 倍 数光 电 倍 增 管 的 特 性 曲 线 （ 2） 光 电 阴 极 灵 敏 度 和 光 电 倍 增 管 总 灵 敏 度一 个 光 子 在 阴 极 上 能 够 打 出 的 平 均 电 子 数叫 做 光 电 倍 增 管 的 阴 极 灵 敏 度 。 而 一 个 光 子 在阳 极 上 产 生 的 平 均 电 子 数 叫 做 光 电 倍 增 管 的 总灵 敏 度 。光 电 倍 增 管 的 最 大 灵 敏 度 可 达 10A/lm， 极间 电 压 越 高 ， 灵 敏 度 越 高 ； 但 极 间 电 压 也 不 能太 高 ， 太 高 反 而 会 使 阳 极 电 流 不 稳 。另 外 ， 由 于 光 电 倍 增 管 的 灵 敏 度 很 高 ， 所以 不 能 受 强 光 照 射 ， 否 则 将 会 损 坏 。 （ 3） 暗 电 流 和 本 底 脉 冲一 般 在 使 用 光 电 倍 增 管 时 ， 必 须 把 管 子 放 在 暗 室里 避 光 使 用 ， 使 其 只 对 入 射 光 起 作 用 ； 但 是 由 于 环 境温 度 、 热 辐 射 和 其 它 因 素 的 影 响 ， 即 使 没 有 光 信 号 输入 ， 加 上 电 压 后 阳 极 仍 有 电 流 ， 这 种 电 流 称 为 暗 电 流 ，这 是 热 发 射 所 致 或 场 致 发 射 造 成 的 ， 这 种 暗 电 流 通 常可 以 用 补 偿 电 路 消 除 。 如 果 光 电 倍 增 管 与 闪 烁 体 放 在 一 处 ， 在 完 全 蔽 光情 况 下 ， 出 现 的 电 流 称 为 本 底 电 流 ， 其 值 大 于 暗 电 流 。增 加 的 部 分 是 宇 宙 射 线 对 闪 烁 体 的 照 射 而 使 其 激 发 ，被 激 发 的 闪 烁 体 照 射 在 光 电 倍 增 管 上 而 造 成 的 ， 本 底电 流 具 有 脉 冲 形 式 。 光 电倍 增管 的光 照特 性与 直 线 最 大偏 离 是 3%10 1310 1010 910 710 510 310 1 在 45mA处 饱 和10 14 10 10 10 6 10 2光 通 量 /1m阳极电流/A（ 4） 光 电 倍 增 管 的 光 谱 特 性光 谱 特 性 反 应 了 光 电 倍 增 管 的 阳 极 输 出 电 流 与 照 射在 光 电 阴 极 上 的 光 通 量 之 间 的 函 数 关 系 。 对 于 较 好 的管 子 ， 在 很 宽 的 光 通 量 范 围 之 内 ， 这 个 关 系 是 线 性 的 ，即 入 射 光 通 量 小 于 10-4lm时 ， 有 较 好 的 线 性 关 系 。 光 通量 大 ， 开 始 出 现 非 线 性 ， 如 图 所 示 。 利 用 物 质 在 光 的 照 射 下 电 导 性 能 改 变 或 产 生 电 动势 的 光 电 器 件 称 内 光 电 效 应 器 件 ， 常 见 的 有 光 敏电 阻 、 光 电 池 和 光 敏 晶 体 管 等 。一 、 光 敏 电 阻光 敏 电 阻 又 称 光 导 管 ， 为 纯 电 阻 元 件 ， 其 工作 原 理 是 基 于 光 电 导 效 应 ， 其 阻 值 随 光 照 增 强 而减 小 。优 点 ： 灵 敏 度 高 ， 光 谱 响 应 范 围 宽 ， 体 积 小 、 重量 轻 、 机 械 强 度 高 ， 耐 冲 击 、 耐 振 动 、 抗 过 载 能力 强 和 寿 命 长 等 。不 足 ： 需 要 外 部 电 源 ， 有 电 流 时 会 发 热 。 第 三 节 内 光 电 效 应 器 件 1. 光 敏 电 阻 的 工 作 原 理 和 结 构当 光 照 射 到 光 电 导 体 上 时 ， 若 光 电 导 体 为 本 征 半导 体 材 料 ， 而 且 光 辐 射 能 量 又 足 够 强 ， 光 导 材 料 价 带上 的 电 子 将 激 发 到 导 带 上 去 ， 从 而 使 导 带 的 电 子 和 价带 的 空 穴 增 加 ， 致 使 光 导 体 的 电 导 率 变 大 。 为 实 现 能级 的 跃 迁 ， 入 射 光 的 能 量 必 须 大 于 光 导 体 材 料 的 禁 带宽 度 Eg， 即 h=Eg(eV)式 中 和 入 射 光 的 频 率 和 波 长 。一 种 光 电 导 体 ， 存 在 一 个 照 射 光 的 波 长 限 C， 只 有波 长 小 于 C的 光 照 射 在 光 电 导 体 上 ， 才 能 产 生 电 子 在能 级 间 的 跃 迁 ， 从 而 使 光 电 导 体 电 导 率 增 加 。ch 24.1 光 敏 电 阻 的 结 构 如 图 所 示 。 管 芯 是 一 块 安 装 在 绝 缘衬 底 上 带 有 两 个 欧 姆 接 触 电 极 的 光 电 导 体 。 光 导 体 吸 收光 子 而 产 生 的 光 电 效 应 ， 只 限 于 光 照 的 表 面 薄 层 ， 虽 然产 生 的 载 流 子 也 有 少 数 扩 散 到 内 部 去 ， 但 扩 散 深 度 有 A金 属 封 装 的 硫 化 镉 光 敏 电 阻 结 构 图光 导 电 材 料 绝 缘 衬 低引 线电 极引 线 光 电 导 体 限 ， 因 此 光 电 导 体 一般 都 做 成 薄 层 。 为 了获 得 高 的 灵 敏 度 ， 光敏 电 阻 的 电 极 一 般 采用 梳 状 图 案 ， 结 构 见下 图 。 1-光 导 层 ;2-玻 璃 窗 口 ;3-金 属 外 壳 ;4-电 极 ;5-陶 瓷 基 座 ;6-黑 色 绝 缘 玻 璃 ;7-电 阻 引 线 。RG1 2 3 4567(a)结 构 (b)电 极 (c)符 号它 是 在 一 定 的 掩 模 下 向 光 电 导 薄 膜 上 蒸 镀 金 或铟 等 金 属 形 成 的 。 这 种 梳 状 电 极 ， 由 于 在 间 距很 近 的 电 极 之 间 有 可 能 采 用 大 的 灵 敏 面 积 ， 所以 提 高 了 光 敏 电 阻 的 灵 敏 度 。 图 （ c） 是 光 敏 电阻 的 代 表 符 号 。CdS光 敏 电 阻 的 结 构 和 符 号 光 敏 电 阻 的 灵 敏 度 易 受 湿 度 的 影 响 ， 因 此 要 将 导光 电 导 体 严 密 封 装 在 玻 璃 壳 体 中 。 如 果 把 光 敏 电 阻 连接 到 外 电 路 中 ， 在 外 加 电 压 的 作 用 下 ， 用 光 照 射 就 能改 变 电 路 中 电 流 的 大 小 ， 其 连 线 电 路 如 图 所 示 。光 敏 电 阻 具 有 很 高 的 灵 敏 度 ， 很 好 的 光 谱 特 性 ，光 谱 响 应 可 从 紫 外 区 到 红 外 区 范 围 内 。 而 且 体 积 小 、重 量 轻 、 性 能 稳 定 、 价 格 便 宜 ， 因 此 应 用 比 较 广 泛 。 RGRLE I （ 2） 光 照 特 性下 图 表 示 CdS光 敏 电 阻 的 光 照 特 性 。 在 一 定 外 加 电 压下 ， 光 敏 电 阻 的 光 电 流 和 光 通 量 之 间 的 关 系 。 不 同 类型 光 敏 电 阻 光 照 特 性 不 同 ， 但 光 照 特 性 曲 线 均 呈 非 线性 。 因 此 它 不 宜 作 定 量 检 测 元 件 ， 这 是 光 敏 电 阻 的 不足 之 处 。 一 般 在 自 动 控 制 系 统 中 用 作 光 电 开 关 。 012345I/mA L/lx1000 2000 （ 3） 光 谱 特 性光 谱 特 性 与 光 敏 电 阻 的 材 料 有 关 。 从 图 中 可 知 ， 硫化 铅 光 敏 电 阻 在 较 宽 的 光 谱 范 围 内 均 有 较 高 的 灵 敏 度 ，峰 值 在 红 外 区 域 ； 硫 化 镉 、 硒 化 镉 的 峰 值 在 可 见 光 区 域。 因 此 ， 在 选 用 光 敏 电 阻 时 ， 应 把 光 敏 电 阻 的 材 料 和 光源 的 种 类 结 合 起 来 考 虑 ， 才 能 获 得 满 意 的 效 果 。 2040608010040 80 120 160 200 240 /m31 2相对灵敏度 1硫 化 镉2硒 化 镉3硫 化 铅 （ 4） 伏 安 特 性在 一 定 照 度 下 ， 加 在 光 敏 电 阻 两 端 的 电 压 与 电 流 之间 的 关 系 称 为 伏 安 特 性 。 图 中 曲 线 1、 2分 别 表 示 照 度为 零 及 照 度 为 某 值 时 的 伏 安 特 性 。 由 曲 线 可 知 ， 在 给定 偏 压 下 ,光 照 度 较 大 ， 光 电 流 也 越 大 。 在 一 定 的 光 照度 下 ， 所 加 的 电 压 越 大 ， 光 电 流 越 大 ， 而 且 无 饱 和 现 50100150200 12U/V0 20 40 象 。 但 是 电 压 不 能 无 限 地增 大 ， 因 为 任 何 光 敏 电 阻都 受 额 定 功 率 、 最 高 工 作电 压 和 额 定 电 流 的 限 制 。超 过 最 高 工 作 电 压 和 最 大额 定 电 流 ， 可 能 导 致 光 敏电 阻 永 久 性 损 坏 。I/A （ 5） 频 率 特 性当 光 敏 电 阻 受 到 脉 冲 光 照 射 时 ， 光 电 流 要 经 过 一 段 时 间才 能 达 到 稳 定 值 ， 而 在 停 止 光 照 后 ， 光 电 流 也 不 立 刻 为零 ， 这 就 是 光 敏 电 阻 的 时 延 特 性 。 由 于 不 同 材 料 的 光 敏 ，20406080100I /% f /H z0 10 102 103 104 电 阻 时 延 特 性 不 同 ， 所 以它 们 的 频 率 特 性 也 不 同 ，如 图 。 硫 化 铅 的 使 用 频 率比 硫 化 镉 高 得 多 ， 但 多 数光 敏 电 阻 的 时 延 都 比 较 大 ，所 以 ， 它 不 能 用 在 要 求 快速 响 应 的 场 合 。硫 化 铅硫 化 镉 （ 6） 稳 定 性图 中 曲 线 1、 2分 别 表 示 两 种 型 号 CdS光 敏 电 阻 的 稳定 性 。 初 制 成 的 光 敏 电 阻 ， 由 于 体 内 机 构 工 作 不 稳 定 ，以 及 电 阻 体 与 其 介 质 的 作 用 还 没 有 达 到 平 衡 ， 所 以 性能 是 不 够 稳 定 的 。 但 在 人 为 地 加 温 、 光 照 及 加 负 载 情况 下 ， 经 一 至 二 周 的 老 化 ， 性 能 可 达 稳 定 。 光 敏 电 阻在 开 始 一 段 时 间 的 老 化 过 程 中 ， 有 些 样 品 阻 值 上I /% 4080120160 21 T/h0 400 800 1200 1600 升 ， 有 些 样 品 阻 值 下 降 ， 但最 后 达 到 一 个 稳 定 值 后 就 不再 变 了 。 这 就 是 光 敏 电 阻 的主 要 优 点 。光 敏 电 阻 的 使 用 寿 命 在密 封 良 好 、 使 用 合 理 的 情 况下 ， 几 乎 是 无 限 长 的 。 （ 7） 温 度 特 性其 性 能 (灵 敏 度 、 暗 电 阻 )受 温 度 的 影 响 较 大 。 随 着 温度 的 升 高 ， 其 暗 电 阻 和 灵 敏 度 下 降 ， 光 谱 特 性 曲 线 的峰 值 向 波 长 短 的 方 向 移 动 。 硫 化 镉 的 光 电 流 I和 温 度 T的 关 系 如 图 所 示 。 有 时 为 了 提 高 灵 敏 度 ， 或 为 了 能 够接 收 较 长 波 段 的 辐 射 ， 将 元 件 降 温 使 用 。 例 如 ， 可 利用 制 冷 器 使 光 敏 电 阻 的 温 度 降 低 。I /A 100150200-50 -10 30 5010-30 T /C 204060801000 1.0 2.0 3.0 4.0 /mI/mA+20C -20C 二 、 光 电 池 光 电 池 是 利 用 光 生 伏 特 效 应 把 光 直 接 转 变 成 电 能 的器 件 。 由 于 它 可 把 太 阳 能 直 接 变 电 能 ， 因 此 又 称 为 太 阳能 电 池 。 它 是 基 于 光 生 伏 特 效 应 制 成 的 ， 是 发 电 式 有 源元 件 。 它 有 较 大 面 积 的 PN结 ， 当 光 照 射 在 PN结 上 时 ，在 结 的 两 端 出 现 电 动 势 。命 名 方 式 ： 把 光 电 池 的 半 导 体 材 料 的 名 称 冠 于 光 电 池 (或 太 阳 能 电池 )之 前 。 如 ， 硒 光 电 池 、 砷 化 镓 光 电 池 、 硅 光 电 池 等 。 目 前 ,应用 最 广 、 最 有 发 展 前 途 的 是 硅 光 电 池 。l硅 光 电 池 价 格 便 宜 ， 转 换 效 率 高 ， 寿 命 长 ， 适 于 接 受 红 外 光 。l硒 光 电 池 光 电 转 换 效 率 低 (0.02 )、 寿 命 短 ， 适 于 接 收 可 见 光(响 应 峰 值 波 长 0.56m)， 最 适 宜 制 造 照 度 计 。l砷 化 镓 光 电 池 转 换 效 率 比 硅 光 电 池 稍 高 ， 光 谱 响 应 特 性 则 与 太阳 光 谱 最 吻 合 。 且 工 作 温 度 最 高 ， 更 耐 受 宇 宙 射 线 的 辐 射 。 因 此 ， 它 在 宇 宙 飞 船 、 卫 星 、 太 空 探 测 器 等 电 源 方 面 的 应 用 是 有 发 展 前途 的 。 光 电 池 的 示 意 图 硅 光 电 池 的 结 构 如 图 所 示 。 它 是 在 一 块 N型 硅 片 上 用 扩散 的 办 法 掺 入 一 些 P型 杂 质 (如 硼 )形 成 PN结 。 当 光 照 到PN结 区 时 ， 如 果 光 子 能 量 足 够 大 ， 将 在 结 区 附 近 激 发出 电 子 -空 穴 对 ， 在 N区 聚 积 负 电 荷 ， P区 聚 积 正 电 荷 ，这 样 N区 和 P区 之 间 出 现 电 位 差 。 若 将 PN结 两 端 用 导 线连 起 来 ， 电 路 中 有 电 流 流 过 ， 电 流 的 方 向 由 P区 流 经 外电 路 至 N区 。 若 将 外 电 路 断 开 ， 就 可 测 出 光 生 电 动 势 。1. 光 电 池 的 结 构 和 工 作 原 理+光 PN SiO 2RL(a)光 电 池 的 结 构 图 I 光(b)光 电 池 的 工 作 原 理 示 意 图P N 光 电 池 的 表 示 符 号 、 基 本 电 路 及 等 效 电 路 如 图 所 示 。I U Id UI RLI(a) (b) (c)图 光 电 池 符 号 和 基 本 工 作 电 路 L/klx L/klx 543210 0.10.20.30.40.52 4 6 8 10开 路 电 压 Uoc /V 0.10.20.30.40.50.30.10 1 2 3 4 5Uoc/VIsc /mAIsc/mA(a)硅 光 电 池 (b)硒 光 电 池 （ 1） 光 照 特 性开 路 电 压 曲 线 ： 光 生 电 动 势 与 照 度 之 间 的 特 性 曲 线 ，当 照 度 为 2000lx时 趋 向 饱 和 。短 路 电 流 曲 线 ： 光 电 流 与 照 度 之 间 的 特 性 曲 线2. 基 本 特 性 开 路 电 压短 路 电 流 短 路 电 流 短 路 电 流 ， 指 外 接 负 载 相 对 于 光 电 池 内 阻 而 言 是很 小 的 。 光 电 池 在 不 同 照 度 下 ， 其 内 阻 也 不 同 ，因 而 应 选 取 适 当 的 外 接 负 载 近 似 地 满 足 “ 短 路 ”条 件 。 下 图 表 示 硒 光 电 池 在 不 同 负 载 电 阻 时 的光 照 特 性 。 从 图 中 可 以 看 出 ， 负 载 电 阻 RL越 小 ，光 电 流 与 强 度 的 线 性 关 系 越 好 ， 且 线 性 范 围 越 宽 。 0 2 4 6 8 100.10.20.30.40.5 I/mA L/klx 5010010005000RL=0 20406080100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20.2I /% 1 2/m (2) 光 谱 特 性光 电 池 的 光 谱 特 性 决 定 于 材 料 。 从 曲 线 可 看 出 ，硒 光 电 池 在 可 见 光 谱 范 围 内 有 较 高 的 灵 敏 度 ， 峰 值 波长 在 540nm附 近 ， 适 宜 测 可 见 光 。 硅 光 电 池 应 用 的 范围 400nm1100nm， 峰 值 波 长 在 850nm附 近 ， 因 此 硅光 电 池 可 以 在 很 宽 的 范 围 内 应 用 。 1硒 光 电 池2硅 光 电 池 (3) 频 率 特 性光 电 池 作 为 测 量 、 计 数 、 接 收 元 件 时 常 用 调 制光 输 入 。 光 电 池 的 频 率 响 应 就 是 指 输 出 电 流 随 调 制光 频 率 变 化 的 关 系 。 由 于 光 电 池 PN结 面 积 较 大 ， 极间 电 容 大 ， 故 频 率 特 性 较 差 。 图 示 为 光 电 池 的 频 率响 应 曲 线 。 由 图 可 知 ， 硅 光 电 池 具 有 较 高 的 频 率 响应 ， 如 曲 线 2， 而 硒 光 电 池 则 较 差 ， 如 曲 线 1。 204060801000I /% 1 2 3 4 51 2 f /kH z1硒 光 电 池2硅 光 电 池 （ 4） 温 度 特 性光 电 池 的 温 度 特 性 是 指 开 路 电 压 和 短 路 电 流 随 温 度变 化 的 关 系 。 由 图 可 见 ， 开 路 电 压 与 短 路 电 流 均 随 温 度而 变 化 ， 它 将 关 系 到 应 用 光 电 池 的 仪 器 设 备 的 温 度 漂 移， 影 响 到 测 量 或 控 制 精 度 等 主 要 指 标 ， 因 此 ， 当 光 电 池作 为 测 量 元 件 时 ， 最 好 能 保 持 温 度 恒 定 ， 或 采 取 温 度 补偿 措 施 。 200 40 60 904060UOC/mV T /CISCUOC ISC /A600400200 UOC开 路 电 压ISC短 路 电 流硅 光 电 池 在 1000lx照度 下 的 温 度 特 性 曲 线 三 、 光 敏 二 极 管 和 光 敏 三 极 管光 电 二 极 管 和 光 电 池 一 样 ， 其 基 本 结 构 也 是 一 个 PN结 。 它 和 光 电 池 相 比 ， 重 要 的 不 同 点 是 结 面 积 小 ， 因此 它 的 频 率 特 性 特 别 好 。 光 生 电 势 与 光 电 池 相 同 ， 但输 出 电 流 普 遍 比 光 电 池 小 ， 一 般 为 几 A到 几 十 A。 按材 料 分 ， 光 电 二 极 管 有 硅 、 砷 化 镓 、 锑 化 铟 光 电 二 极管 等 许 多 种 。 按 结 构 分 ， 有 同 质 结 与 异 质 结 之 分 。 其中 最 典 型 的 是 同 质 结 硅 光 电 二 极 管 。国 产 硅 光 电 二 极 管 按 衬 底 材 料 的 导 电 类 型 不 同 ， 分为 2CU和 2DU两 种 系 列 。 2CU系 列 以 N-Si为 衬 底 ，2DU系 列 以 P-Si为 衬 底 。 2CU系 列 的 光 电 二 极 管 只 有两 条 引 线 ， 而 2DU系 列 光 电 二 极 管 有 三 条 引 线 。 1. 光 敏 二 极 管光 敏 二 极 管 符 号 如 图 。 锗 光 敏 二 极 管 有 A， B， C， D四 类 ； 硅 光 敏 二 极 管 有 2CU1A D系 列 、 2DU1 4系列 。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 ， 其 PN结 装 在 管 顶 ， 可 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 图所 示 。 P N光光 敏 二 极 管 符 号 RL 光P N光 敏 二 极 管 接 线 光 敏 二 极 管 在 没 有 光 照 射 时 ， 反 向 电 阻 很 大 ， 反 向电 流 很 小 。 反 向 电 流 也 叫 做 暗 电 流 当 光 照 射 时 ， 光 敏二 极 管 的 工 作 原 理 与 光 电 池 的 工 作 原 理 很 相 似 。 当 光 不照 射 时 ， 光 敏 二 极 管 处 于 载 止 状 态 ， 这 时 只 有 少 数 载 流子 在 反 向 偏 压 的 作 用 下 ， 渡 越 阻 挡 层 形 成 微 小 的 反 向 电流 即 暗 电 流 ； 受 光 照 射 时 ， PN结 附 近 受 光 子 轰 击 ， 吸收 其 能 量 而 产 生 电 子 -空 穴 对 ， 从 而 使 P区 和 N区 的 少 数载 流 子 浓 度 大 大 增 加 ， 因 此 在 外 加 反 向 偏 压 和 内 电 场 的作 用 下 ， P区 的 少 数 载 流 子 渡 越 阻 挡 层 进 入 N区 ， N区的 少 数 载 流 子 渡 越 阻 挡 层 进 入 P区 ， 从 而 使 通 过 PN结 的反 向 电 流 大 为 增 加 ， 这 就 形 成 了 光 电 流 。 光 敏 二 极 管 的光 电 流 I 与 照 度 之 间 呈 线 性 关 系 。 光 敏 二 极 管 的 光 照 特性 是 线 性 的 ， 所 以 适 合 检 测 等 方 面 的 应 用 。 （ 1） PIN管 结 光 电 二 极 管PIN管 是 光 电 二 极 管 中 的 一 种 。 它 的 结 构 特 点 是 ，在 P型 半 导 体 和 N型 半 导 体 之 间 夹 着 一 层 （ 相 对 ） 很 厚的 本 征 半 导 体 。 这 样 ， PN结 的 内 电 场 就 基 本 上 全 集 中于 I层 中 ， 从 而 使 PN结 双 电 层 的 间 距 加 宽 ， 结 电 容 变 小 。由 式 = CjRL与 f=1/2知 ， Cj小 ， 则 小 ， 频 带 将 变宽 。 P-Si N-SiI-SiPIN管 结 构 示 意 图 最 大 特 点 ： 频 带 宽 ， 可 达 10G H z。 另 一 个 特 点是 ， 因 为 I层 很 厚 ， 在 反 偏 压 下 运 用 可 承 受 较高 的 反 向 电 压 ， 线 性 输 出 范 围 宽 。 由 耗 尽 层 宽度 与 外 加 电 压 的 关 系 可 知 ， 增 加 反 向 偏 压 会 使耗 尽 层 宽 度 增 加 ， 从 而 结 电 容 要 进 一 步 减 小 ，使 频 带 宽 度 变 宽 。不 足 ： I层 电 阻 很 大 ， 管 子 的 输 出 电 流 小 ， 一般 多 为 零 点 几 微 安 至 数 微 安 。 目 前 有 将 PIN管与 前 置 运 算 放 大 器 集 成 在 同 一 硅 片 上 并 封 装 于一 个 管 壳 内 的 商 品 出 售 。 （ 2） 雪 崩 光 电 二 极 管 (APD)雪 崩 光 电 二 极 管 是 利 用 PN结 在 高 反 向 电 压 下 产 生 的雪 崩 效 应 来 工 作 的 一 种 二 极 管 。这 种 管 子 工 作 电 压 很 高 ， 约 100 200V， 接 近 于 反 向击 穿 电 压 。 结 区 内 电 场 极 强 ， 光 生 电 子 在 这 种 强 电 场 中可 得 到 极 大 的 加 速 ， 同 时 与 晶 格 碰 撞 而 产 生 电 离 雪 崩 反应 。 因 此 ， 这 种 管 子 有 很 高 的 内 增 益 ， 可 达 到 几 百 。 当电 压 等 于 反 向 击 穿 电 压 时 ， 电 流 增 益 可 达 106， 即 产 生所 谓 的 雪 崩 。 这 种 管 子 响 应 速 度 特 别 快 ， 带 宽 可 达100G H z， 是 目 前 响 应 速 度 最 快 的 一 种 光 电 二 极 管 。噪 声 大 是 这 种 管 子 目 前 的 一 个 主 要 缺 点 。 由 于 雪 崩 反应 是 随 机 的 ， 所 以 它 的 噪 声 较 大 ， 特 别 是 工 作 电 压 接 近或 等 于 反 向 击 穿 电 压 时 ， 噪 声 可 增 大 到 放 大 器 的 噪 声 水平 ， 以 至 无 法 使 用 。 但 由 于 APD的 响 应 时 间 极 短 ， 灵敏 度 很 高 ， 它 在 光 通 信 中 应 用 前 景 广 阔 。 2. 光 敏 三 极 管光 敏 三 极 管 有 PNP型 和 NPN型 两 种 ， 如 图 。 其 结 构 与 一般 三 极 管 很 相 似 ， 具 有 电 流 增 益 ,只 是 它 的 发 射 极 一 边 做的 很 大 ,以 扩 大 光 的 照 射 面 积 ,且 其 基 极 不 接 引 线 。 当 集 电极 加 上 正 电 压 ,基 极 开 路 时 ,集 电 极 处 于 反 向 偏 置 状 态 。 当光 线 照 射 在 集 电 结 的 基 区 时 ,会 产 生 电 子 -空 穴 对 ,在 内 电场 的 作 用 下 ,光 生 电 子 被 拉 到 集 电 极 ,基 区 留 下 空 穴 ,使 基极 与 发 射 极 间 的 电 压 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 倍 。 P PNN NPe b b c RL Ee c 光 敏 三 极 管 的 主 要 特 性 ：光 敏 三 极 管 存 在 一 个 最 佳 灵 敏 度 的 峰 值 波 长 。 当 入 射光 的 波 长 增 加 时 ， 相 对 灵 敏 度 要 下 降 。 因 为 光 子 能 量太 小 ， 不 足 以 激 发 电 子 空 穴 对 。 当 入 射 光 的 波 长 缩 短时 ， 相 对 灵 敏 度 也 下 降 ， 这 是 由 于 光 子 在 半 导 体 表 面附 近 就 被 吸 收 ， 并 且 在 表 面 激 发 的 电 子 空 穴 对 不 能 到达 PN结 ， 因 而 使 相 对 灵 敏 度 下 降 。（ 1） 光 谱 特 性相对灵 敏度/% 硅 锗 入 射 光/4000 8000 12000 16000100806040200 硅 的 峰 值 波 长 为 9000，锗 的 峰 值 波 长 为 15000。由 于 锗 管 的 暗 电 流 比 硅 管大 ， 因 此 锗 管 的 性 能 较 差 。故 在 可 见 光 或 探 测 赤 热 状态 物 体 时 ， 一 般 选 用 硅 管 ；但 对 红 外 线 进 行 探 测 时 ,则采 用 锗 管 较 合 适 。 0 500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI / mA246 20 40 60 80光 敏 晶 体 管 的 伏 安 特 性 （ 2） 伏 安 特 性光 敏 三 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 如 图 所 示 。 光 敏 三 极管 在 不 同 的 照 度 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 。 因 此 ， 只 要 将 入 射光 照 在 发 射 极 e与 基 极 b之 间 的 PN结 附 近 ， 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 能 把 光 信 号 变 成 电 信 号 ， 而 且 输 出的 电 信 号 较 大 。 U/V 光 敏 晶 体 管 的 光 照 特 性I /A L/lx200 400 600 800 100001.02.03.0 （ 3） 光 照 特 性光 敏 三 极 管 的 光 照 特 性 如 图 所 示 。 它 给 出 了 光敏 三 极 管 的 输 出 电 流 I 和 照 度 之 间 的 关 系 。 它 们之 间 呈 现 了 近 似 线 性 关 系 。 当 光 照 足 够 大 (几 klx)时 ， 会 出 现 饱 和 现 象 ， 从 而 使 光 敏 三 极 管 既 可 作线