Ic
VD VT
Ip IE
光敏晶体管频率响应特性
光敏晶体管响应速度 比光敏二极管慢，因 为结电容CCB放大了 hFE倍 hFE越大，输出电流越 大，响应特性越坏。 在允许限度内，负载 电阻选用低值，有助 改善频率响应特性
TOSHIBA TPS601的频率响应特性
光敏晶体管的光谱特性曲线
从特性曲线可以看出： 该型号光敏晶体管峰 值波长为800nm
历史
光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子 理论起了根本性作用。 1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中 首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外 线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电火花。 1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效 应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现 象。但无法根据当时的理论加以解释 ； 1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应， 因此获得1921年诺贝尔物理奖。
TOSHIBA TPS601的温度特性
基本应用电路
共射
共发
高温下降低暗电流
RL越大，灵敏度越高，但响 应特性越差
减小负载， 提高响应速度
基本放大电路
R1阻值的确定与照度、温度、响应速度有关，VCC/IC<R1<Vcc/ICEO
调制光检测电路
A：R1、R2 分压偏置，R4直流负反馈， B：R1、Tr1、R2分压， R3、R4直流负反馈 交流信号通过C旁路，无负反馈，交流信号有较大增益
电信号 的变化
光敏传感器
光敏传感器的构成：光源、光学通路、光敏器件、 检测处理电路。 常用光源：白炽灯、气体放电光源、LED、激光 器（固体、气体、液体、半导体激光器） 光敏传感器特点：非接触、响应快、性能可靠。
光敏器件类型和原理
光敏器件是把光信号转换为电信号的一种元器件，广泛应 用于自动控制、安防、广播电视等领域。 半导体光敏器件体积小、重量轻、灵敏度高、功耗低、便 于集成。 光敏器件的工作基础是光电效应。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。 前一种现象发生在物体表面，被光激发产生的电子逸出物 质表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部， 被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内 部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象， 称为内光电效应。
Notes: *1:Soldering time≦5 seconds. ≦
PD333的电气参数
光敏二极管应用：无偏置电压电路
无偏置电压，受暗电流影响小， 对于微小照度，可保持输出与照度 成线性比例关系。
Hamamatsu Photonics K.K. 2387系列 暗电流与反向偏压关系
光敏二极管应用：加反向偏置电压 电路一
器件介绍--光敏二极管参数
开路电压：PN结两端开路时，其电压称为开路电压。与光通量对数 成正比，其温度系数很大。 短路电流： PN结两端短路时，其电流称为短路电流。短路电流与照 度成正比，其温度系数很小。 暗电流：是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电 流。暗电流越小，光敏二极管的性能越稳定，检测弱光的能力越强。 暗电流随温度与反偏电压而变化。 响应特性：由PN结的结电容与负载电阻决定。反偏电压越大，结电 容越小，工作频率越高。
常用光敏器件
名称 光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 图形 光谱特性 可见光 可见光 红外线 可见光 红外线 工作方式 电阻变化 电流变化 电流变化
器件介绍--光敏二极管--原理
光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是 利用PN结的光生伏特效应，即光照到PN结上时，PN结吸收光能，产 生电动势的现象。 光敏二极管分有PN结型、PIN结型、雪崩型和GaAsP型，其中用得最 多的是PN结型，价格便宜。 光敏二极管有两种工作状态： （1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的 改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状 态。 （2）光敏二极管上不加反向电压，利用PN结在受光照时产生正向电压 的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。
检测与转换技术
岑宏杰
光敏传感器— 光敏器件原理和特性
内容
光敏传感器 光敏器件类型和原理 常用光敏器件特性和基本应用
光敏二极管 光敏晶体管 光敏电阻
光敏传感器
光敏传感器的工作原理是：把被测量的变化转换 成光信号的变化，然后通过光敏器件变换成电信 号，检测电路对电信号进行处理。
被测量 的变化
光信号 的变化
（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
（3）光谱特性
光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的
（4）响应时间和频率特性
光电导的弛豫现象：光电流的变化对于 光的变化，在时间上有一个滞后。 通常用响应时间t表示。
光敏电阻的频率特性
不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间， 所以它们的频率特性也就不尽相同。
光敏二极管等效电路
光敏二极管伏安特性
光敏二极管型号实例
PD333-3C， 5mm Silicon PIN Photodiode ， Features ․Fast response time ․High photo sensitivity ․Small junction capacitance ․Pb free Descriptions PD333-3C/H0/L2 is a high speed and high sensitive PIN photodiode in a standard 5ψplastic package. Due to its water clear epoxy the device is sensitive to visible and infrared radiation
光电效应
外光电效应：物质吸收光子并激发出自由电子的 现象。基于外光电效应的器件有光电管、光电倍 增管。 内光电效应：
光电导效应：当入射光子射入到半导体时，半导体吸 收入射光子产生电子空穴对，使其电导率增大。基于 这种效应的器件有光敏电阻。 光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电 动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极 管、光敏三极管。
器件介绍--光敏电阻
光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时 既可加直流电压, 也可以加交流电压。 无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电 流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范 围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路 中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时 光敏电阻的灵敏度高。 实际光敏电阻的暗电阻值 一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
TOSHIBA TPS601的光谱特性曲线
光敏晶体管的伏安特性
右图为光敏晶体管的伏安 特性曲线。光敏晶体管在 不同照度 Ee 下的 伏安特 性，就象一般晶体管在不 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 作基极电流，就可将光敏 晶体管看成一般的晶体管。
实训用的光敏二极管 Applications ․High speed photo detector ․Security system ․Camera

PD333的特征曲线
PD333的特征曲线
PD333的特征曲线
PD333的极限参数
Absolute Maximum Ratings (Ta=25℃) ℃
光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性 （2）光照特性 （3）光谱特性 （4）响应时间和频率特性 （5）温度特性
（1）伏安特性
在一定照度下， 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
在没有光照时， 在没有光照时，二极管 Rf 反向偏置，电流很小， 反向偏置，电流很小， U0 A 这时的电流称为暗电流， 这时的电流称为暗电流， VD 相当于普通二极管的反 GND 向饱和漏电流。 向饱和漏电流。当光照 R +U 射在二极管的PN结上时， PN结上时 射在二极管的PN结上时， PN结附近产生的电子 结附近产生的电子在PN结附近产生的电子GND 空穴对数量也随之增加， 空穴对数量也随之增加， 光电流也相应增大， 光电流也相应增大，光 电流与照度成正比。 电流与照度成正比。 反向偏置，结电容变小，适宜高速 工作。高温时暗电流增大，光电流变小。
光敏电阻特点
光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外辐 射）； 偏置电压低，工作电流大； 动态范围宽，既可测强光，也可测弱光； 光电导增益大，灵敏度高； 无极性，使用方便； 在强光照射下，光电线性度较差 光电响应时间较长，频率特性较差。
光敏电阻的主要参数
暗电阻：光敏电阻在不受光时的阻值称为 暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称 为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流。 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。
光敏二极管应用：加反向偏置电压 电路二
+U
VD C1
Rf A
U0
RL
GND
R
GND
交流耦合，隔离直流成分的暗电流。 C1交流耦合，隔离直流成分的暗电流。光敏二极管的光 电流很小，uA级 反馈电阻采用兆欧级电阻， 电流很小，uA级，反馈电阻采用兆欧级电阻，运放的偏 置电流影响不能忽略，宜选用偏置电流小的FET输入型运 置电流影响不能忽略，宜选用偏置电流小的FET输入型运 FET 放。