光生伏特效应及器件ppt课件
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第三章_光生伏特器件.
一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n结
(2)光照下p-n结的电流方程
Ip
I
流过p-n结的总电流为：
I L I I p I D (e
qU KT
RL
1) I p
其中光生电流与光照有关，并随光照的增大而增大，有
q IP (1 exp( d )) e, h
（3）时间响应
影响光电二极管时间响应的主要因素是扩散时间，为 了减少扩散时间，如何扩展p-n结的结区？
（1）增大反向偏压，使RC时间常数增大； （2）从p-n结的结构设计方面考虑，在不使偏压增大的情 况下，使耗尽层扩展到整个p-n结器件。
三、硅光电二极管
3、光电二极管的特性参数
（4）噪声
光电二极管的噪声包含低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声 InT等3种噪声。其中，散粒噪声是光电二极管的主要噪声，低频 噪声和热噪声为其次要因素。
一、光生伏特器件的基本工作原理
2、光照下的p-n结
(1)光生伏特效应 当光照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就 会在结区激发电子-空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作 用下，空穴顺着电场运动，电子逆着电场运动，在开路状态，最 后在n区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个 与内建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生 电压UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个 光生电压将永远存在。
二、硅光电池
2、硅光电池的工作原理
硅光电池的工作原理是光照中p-n结开路状态时的物理过程， 它的主要功能是在不加偏置电压情况下将光信号转换成电信号。 硅光电池的电流方程为
I L I P I D (e I P I D (e
第四章-光生伏特器件
尽区的每个载流子平均能产生一 对电子—空穴时，就发生雪崩击 穿现象。当M→∞时，PN结上所 加的反向偏压就是雪崩击穿电压 UBR。
在雪崩击穿点附近曲线较陡， 当反向偏压有较小变化时，光电 流将有较大变化。
稳压！！！
3. 雪崩光敏二极管
M
IM I0
1
1
U UB
n
UB为击穿电压
U很低 －－没有倍增现象
1.硅光敏二极管
光敏二极管实物图1
光敏二极管实物图2
各种式样的光敏二极管
1.硅光敏二极管
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
I I0 eeU / kT 1 Ip
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第一象限：普通二极管 光电探测器 这个区域没有意义！！
Ta=25 ℃，除非特别说明，均为 典型值，灵敏度: λ=800 nm， M=1
1.光电导效应是由于本征吸收或杂质吸收光改变电导率，属 于多数载流子导电。（ ） 2.光生伏特效应是由于光入射使PN结产生电势差，属于少数 载流子导电。（ ） 3.光生伏特器件与光电导器件相比具有响应速度快，微弱辐 射探测能力强的优点。（ ）
RC c j (Ri RL )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
RC c j (Ri RL )
普通PN结硅光敏二极管的管芯内阻Ri约为250Ω，PN结电容Cj 常为几个Pf，在负载电阻RL低于500Ω时，时间常数也在ns数 量级。 但当负载电阻RL很大时，时间常数将成为影响硅光敏二极管 时间响应的一个重要因素，应用时必须注意。
§4 光生伏特器件
光生伏特器件
光伏效应： PN结受到光照时，可在PN结的两端产生光生 电势差，这种现象则称为光伏效应。
在雪崩击穿点附近曲线较陡， 当反向偏压有较小变化时，光电 流将有较大变化。
稳压！！！
3. 雪崩光敏二极管
M
IM I0
1
1
U UB
n
UB为击穿电压
U很低 －－没有倍增现象
1.硅光敏二极管
光敏二极管实物图1
光敏二极管实物图2
各种式样的光敏二极管
1.硅光敏二极管
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
I I0 eeU / kT 1 Ip
1.硅光敏二极管
1)硅光敏二极管的工作原理-电流方程
第一象限：普通二极管 光电探测器 这个区域没有意义！！
Ta=25 ℃，除非特别说明，均为 典型值，灵敏度: λ=800 nm， M=1
1.光电导效应是由于本征吸收或杂质吸收光改变电导率，属 于多数载流子导电。（ ） 2.光生伏特效应是由于光入射使PN结产生电势差，属于少数 载流子导电。（ ） 3.光生伏特器件与光电导器件相比具有响应速度快，微弱辐 射探测能力强的优点。（ ）
RC c j (Ri RL )
1.硅光敏二极管
2）光敏二极管的基本特性-时间响应
RC c j (Ri RL )
普通PN结硅光敏二极管的管芯内阻Ri约为250Ω，PN结电容Cj 常为几个Pf，在负载电阻RL低于500Ω时，时间常数也在ns数 量级。 但当负载电阻RL很大时，时间常数将成为影响硅光敏二极管 时间响应的一个重要因素，应用时必须注意。
§4 光生伏特器件
光生伏特器件
光伏效应： PN结受到光照时，可在PN结的两端产生光生 电势差，这种现象则称为光伏效应。
《光生伏特器》课件
发展趋势
高效化
追求更高的光电转换效率，以满足市场需求 和提高竞争力。
智能化
结合物联网、大数据等技术，实现光生伏特 器的智能化管理和监控。
轻量化
降低光生伏特器的重量和尺寸，便于安装和 维护，扩大应用范围。
环保化
采用环保材料和工艺，降低生产过程中的环 境污染，符合可持续发展要求。
未来挑战与机遇
挑战
随着市场规模的扩大，竞争将更加激 烈，同时政策支持和市场需求变化也 将带来不确定性。
利用光生伏特器将太阳能转换 为直流电能，用于太阳能电池
板发电系统。
光伏电站
将多个太阳能电池板连接起来 ，形成光伏电站，为电力系统 提供可再生能源。
分布式能源系统
利用光生伏特器与储能系统相 结合，为建筑物、设施等提供 可再生能源和备用能源。
移动能源
为电动汽车、无人机等移动设 备提供动力或充电服务。
02
光电二极管常用于光信号的接收 和转换，如光纤通信、光谱分析
等。
光电二极管具有响应速度快、灵 敏度高和稳定性种将光信号转换为电 信号的半导体器件，具有放大和开关 功能。
光电晶体管具有响应速度快、灵敏度 高和噪声低等优点。
光电晶体管在光通信、光检测和光控 制等领域有广泛应用。
光生伏特器的种类
01
02
03
单晶硅光生伏特器
利用单晶硅片作为感光面 ，转换效率较高，但制造 成本也较高。
多晶硅光生伏特器
利用多晶硅片作为感光面 ，制造成本较低，但转换 效率略低于单晶硅。
非晶硅光生伏特器
利用非晶硅材料作为感光 面，制造成本低，但稳定 性较差，转换效率较低。
光生伏特器的应用领域
太阳能电池板
表示在没有光照的情况下，光生伏特 器产生的电流大小。
第五讲：光生伏特器件
由于硅光生伏特器件具有制造工艺简单,成本低等特点, 由于硅光生伏特器件具有制造工艺简单,成本低等特点,使其 成为目前应用最广泛的光生伏特器件. 成为目前应用最广泛的光生伏特器件.
3.1硅光电二极管 3.1硅光电二极管
1. 结构与原理:
2. 基本特性:
伏安特性与普通半导体二极管相同
以等功率的不同单色光辐射波长的光作用于光电二极管时,其响应程度或电 以等功率的不同单色光辐射波长的光作用于光电二极管时 其响应程度或电 流与波长的关系称为光电二极管的光谱响应. 流与波长的关系称为光电二极管的光谱响应
工作原理图
伏安特性
4. 光电三极管:
光电三极管与普通三极管一样有两种结构:NPN结构 型硅为衬底 光电三极管与普通三极管一样有两种结构:NPN结构(N型硅为衬底,称 结构(N型硅为衬底, 为3DU型)和PNP结构(P型硅为衬底,称为3CU型); 3DU型 PNP结构 型硅为衬底 称为3CU型 结构(P型硅为衬底,
2. 雪崩光电二极管:
工作原理:利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应,以获 强电场内的定向运动产生雪崩效应 工作原理:利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应, 得光电流的增益. 得光电流的增益. 结构: PIN型 结构:P+N型,PN+型,PIN型 特性:结电容小(～pf),响应频率高(几十GHz),光电流增益大 (～pf),响应频率高 GHz),光电流增益大( 特性:结电容小(～pf),响应频率高(几十GHz),光电流增益大(灵 敏度很高) 但噪声较大. 敏度很高),但噪声较大.
U o = U bb RL I L
反向偏置电路的设计与计算: 反向偏置电路的设计与计算: 例: 已知某光电三极管的伏安特性 曲线( 如图) 曲线 ( 如图 ) , 当入射光通量为正 弦调制量, 弦调制量,即 Φ v ,λ = 55 + 40 sinwt lm时 要得到5 的输出电压, lm 时 , 要得到 5V 的输出电压 , 试设 计该光电三极管的变换电路, 计该光电三极管的变换电路 , 分析 输入与输出信号间的相位关系. 输入与输出信号间的相位关系.
光生伏特效应及原理ppt课件
生电流IL
6/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
1.P-N结电流方程
qV
I IL IF IL IS (e kT 1)
I：负载电流；
IL：光生电流； Is：P-N结反向饱和电流； V：P-N结两端电压；
光电池：利用半导体的光生伏特效应，而将光能转换成电能的装置。即将p-n结与外电路接通，只要光照不停止， 就会有源源不断的电流流过电路，p-n结起到了电源的作用。这类装置叫光电池。
7/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
2.开路电压 ➢ 负载电流I=0,即IL=IF： 3.短路电流
Voc kT ln( I L 1) q IS
I I ➢ 将p-n短路V=0,则IF=0，所得电流为短路电流ISC：
SC
L
8/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
4.特性曲线
9/总页数
e P e e n e 浅结
太阳光
在光激发下多数载流子浓度一般改变很小，
而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研 究光生少数载流子的运动.
3/总页数
光生伏特效应
P-N结的内建电场：
p
n
e e
e e
空穴
电子
p 耗尽层 n
---- ---- ++++ ++++
x0
U0
x
x0
动平衡时 p 型与 n 型接触区域的电势变化
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
5.光电池的实际结构
栅指形状（减少接触电阻，尽量少挡住阳光）
10/总页数
Thanks
6/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
1.P-N结电流方程
qV
I IL IF IL IS (e kT 1)
I：负载电流；
IL：光生电流； Is：P-N结反向饱和电流； V：P-N结两端电压；
光电池：利用半导体的光生伏特效应，而将光能转换成电能的装置。即将p-n结与外电路接通，只要光照不停止， 就会有源源不断的电流流过电路，p-n结起到了电源的作用。这类装置叫光电池。
7/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
2.开路电压 ➢ 负载电流I=0,即IL=IF： 3.短路电流
Voc kT ln( I L 1) q IS
I I ➢ 将p-n短路V=0,则IF=0，所得电流为短路电流ISC：
SC
L
8/总页数
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
4.特性曲线
9/总页数
e P e e n e 浅结
太阳光
在光激发下多数载流子浓度一般改变很小，
而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研 究光生少数载流子的运动.
3/总页数
光生伏特效应
P-N结的内建电场：
p
n
e e
e e
空穴
电子
p 耗尽层 n
---- ---- ++++ ++++
x0
U0
x
x0
动平衡时 p 型与 n 型接触区域的电势变化
光生伏特效应
光电池的电流电压特性：
5.光电池的实际结构
栅指形状（减少接触电阻，尽量少挡住阳光）
10/总页数
Thanks
光生伏特效应及典型器件ppt实用资料
当光敏三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。
光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本
光电池的结构和工作原理
指19半54导年体，在原科受学到理家光恰是照宾射光和时皮产照尔生松到电在动P势贝-的N尔现实结象验。上室首时次制，成吸了实收用的光单能晶硅并太阳转电变池，为诞生电了能将太。阳光当能光转换敏为电三能极的实管用光伏发电技术
光通电常池 基• 在极有不光引光线出敏作，用但二下一实些极质光管就敏是三分电极源管有，的P电基N路极中有结有引型了出这，、种用器于P件温IN就度不补结需偿要和型外附、加加电控雪源制。等崩作型用。等，其中用得最多的是
指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。
光电池是一种P直N接结将光型能，转换价为电格能便的光宜电器。件。
典型器件—光敏三极管
光敏三极管（Phototransistor）和普通三极管相似，也有电
直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的PN结。
用光导敏线 三将极P管流N有结P放两N端P大型用和导作N线P用连N型接，两起种来只：，是就有它电流的流集过，电电流极的电方向流由P不区流只经是外电受路至基N区极。电路和电流控制，
当光照射到PN结上时，便在PN结的两端产生电动势(P区为正，N区为负) 。
光电池的结同构和时工也作原受理 光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基
指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。
光 通敏常三基极 极管 不极有 引出P有N，P引但型一和出些NP光，N敏型用三两极种于管：的温基度极有补引出偿，和用于附温度加补控偿和制附加等控制作等用作用。。
通常基• 极不引光出敏，但二一些极光管敏三的极管结的构基极与有引一出般，用二于温极度管补偿相和附似加、控制它等作装用在。 透明玻璃外壳中，其PN
光生伏特效应及器件
图所示。
光
光
PN
PN RL
光敏二极管符号
2020/3/9
光敏二极管接线
9
⑶光敏二极管 ①光敏二极管的结构和工作原理
光
光
PN
PN
RL
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。
光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测等
方202面0/3/9的应用。
10
②光敏二极管外形
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
光
SiO2
光
P
N
－
+
I PN
RL (a) 光电池的结构图
(b) 光电池的工作原理示意图
2020/3/9
光电池的示意图
7
2020/3/9
8
⑶光敏二极管
①光敏二极管的结构和工作原理
光敏二极管符号如图。
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
81—2—Si发O2射保结护圈
2020/3/9
19
硅光敏晶体管的光谱特性
电磁波频谱
2020/3/9
20
2020/3/9
暗电流（越小越好）
6
2 光生伏特效应及器件
⑴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。
⑵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。
①光电池的结构和工作原理 硅光电池的结构如图所示。
第六章：半导体的光生伏特效应
6.2.2 光电池的电流电压特性
➢ 光电池：利用半导体的光生伏特效应，而将光 能转换成电能的装置。即将p-n结与外电路接 通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流 流过电路，p-n结起到了电源的作用。这类装 置叫光电池。
1.p-n结电流方程
• I：负载电流；
qV • IL：光生电流；
IILIFILIS(ekT1)• Is：p-n结反向饱和电流；
• V：p-n结两端电压
(6.18)
2.开路电压
➢ 负载电流I=0,即IL=IF： VockTln(IL 1) (6.20)
q IS 3.短路电流
➢ 将p-n短路V=0,则IF=0，所得电流为短路电流ISC：
ISCIL (6.21)
4.特性曲线
5.光电池的实际结构
栅指形状（减少接触电阻，尽量少挡住阳光）
➢ 半导体内部产生电动势（光生电压）；如将pn结短路，则会出现电流（光生电流）。
6.2.1 p-n结的光生伏特效应
eP e
e n e 浅结
太阳光
在光激发下多数载流子浓度一般改变很小，而
少数载流内建电场
p
e e
空穴
n
e e
电子
p 耗尽层 n
----- ----- +++++ +++++
x0
动平衡时 p 型与 n 型接触区域的电势变化
U0
x
x0
2.p-n结的能带图
P型
N型
P型
N型
Efp
Efn
Ef
无光照 能级弯曲的原因： ➢在热平衡条件下，同一体系具有相同的费米能级
有光照
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13
⑷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β倍。
第二节 光电传感器2
本章学习光电效应、光电 元件的结构、工作原理、特性
以及光电传感器
1
一 内光电效应及器件
当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ 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 光电导效应及器件 (1)光电导效应
21
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 >
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。
4
⑵光敏电阻
①光敏电阻的工作原理和结构
金属电极
半导体
I
电源 玻璃底板
RL
E
Ra
检流计
(a)
(b)
(c)
光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极；
(c) 光敏电阻接线图
5
②光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子—空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。
暗电流（越小越好）
6
(b) 光电池的工作原理示意图
光电池的示意图
7
8
⑶光敏二极管
①光敏二极管的结构和工作原理
光敏二极管符号如图。
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。
光
光
PN
PN RL
光敏二极管符号
光敏二极管接线
9
⑶光敏二极管 ①光敏二极管的结构和工作原理
光
光
PN
PN
RL
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。
光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测等
方面的应用。
10
②光敏二极管外形
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
光敏三极管外形
18
光敏三极管内部结构
a) 内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
81—2—Si发O2射保结护圈
19
硅光敏晶体管的光谱特性
电磁波频谱
20
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导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
3
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
hhc1.24Eg
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。
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λ0，只有 波长小于λ0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。
2 光生伏特效应及器件
⑴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。
⑵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。
①光电池的结构和工作原理 硅光电池的结构如图所示。
光
SiO2
光
P
N
－
+
I PN
RL (a) 光电池的结构图
e
c
PNP
b
e NPN c b
E RL
14
⑷光敏三极管
e
c
PNP
b
e
c
NPN
b
集电结一边做得很大，以扩大光的照射面 积，且基极一般不接引线。
15
普通三极管
IC c
N RC
b IB Rb
P
EC
N
EB
e b
P
EC
N
光敏三极管
e IE
基区很薄，基极一般不接引线；
集电极面积较大。 17
11
③光敏二极管的反向偏置接线 （参考上页图）及光电特性演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 12
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似，有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负（c、e）两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。
⑷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β倍。
第二节 光电传感器2
本章学习光电效应、光电 元件的结构、工作原理、特性
以及光电传感器
1
一 内光电效应及器件
当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ 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 光电导效应及器件 (1)光电导效应
21
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 >
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。
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⑵光敏电阻
①光敏电阻的工作原理和结构
金属电极
半导体
I
电源 玻璃底板
RL
E
Ra
检流计
(a)
(b)
(c)
光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极；
(c) 光敏电阻接线图
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②光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子—空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。
暗电流（越小越好）
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(b) 光电池的工作原理示意图
光电池的示意图
7
8
⑶光敏二极管
①光敏二极管的结构和工作原理
光敏二极管符号如图。
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。
光
光
PN
PN RL
光敏二极管符号
光敏二极管接线
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⑶光敏二极管 ①光敏二极管的结构和工作原理
光
光
PN
PN
RL
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。
光敏二极管的光照特性是线性的，适合检测等
方面的应用。
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②光敏二极管外形
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
光敏三极管外形
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光敏三极管内部结构
a) 内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
81—2—Si发O2射保结护圈
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硅光敏晶体管的光谱特性
电磁波频谱
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导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
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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
hhc1.24Eg
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。
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λ0，只有 波长小于λ0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。
2 光生伏特效应及器件
⑴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。
⑵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。
①光电池的结构和工作原理 硅光电池的结构如图所示。
光
SiO2
光
P
N
－
+
I PN
RL (a) 光电池的结构图
e
c
PNP
b
e NPN c b
E RL
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⑷光敏三极管
e
c
PNP
b
e
c
NPN
b
集电结一边做得很大，以扩大光的照射面 积，且基极一般不接引线。
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普通三极管
IC c
N RC
b IB Rb
P
EC
N
EB
e b
P
EC
N
光敏三极管
e IE
基区很薄，基极一般不接引线；
集电极面积较大。 17
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③光敏二极管的反向偏置接线 （参考上页图）及光电特性演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 12
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似，有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负（c、e）两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。