光電傳感器光電式傳感器是蔣光信號轉換為電信號的光敏器件。它可用于檢測直接一路光強轉變的非電量，如光強，輻射測溫，氣體成份分析等；也可用來能轉換成光亮轉變的其他非電量，如零件線度，表面粗糙度，位移，速度，加速度等。光電式傳感器具有非接觸，相應快，性能靠得住等優勢，因此取得普遍應用。光電式傳感器是目前產量最多應用最廣的傳感器之一。光電效應觀點是傳感器的物理基礎是光電效應，即半導體材料的許多電學特性都因受到光的照射而發生轉變。光電效應通常分為兩大類，即外光電效應和內光電效應。3.1.1外光電效應在光照射下，電子溢出物體表面向外發射的現象稱為光電效應，亦稱光電發射效應。它是在1887年由德國科學家赫茲發覺的。基于這種效應的光電器有光電管，光電培管等。每一個光子具有的能量為Q=hv式中，h=*1034，為普朗克常數，v為光的頻率。物體在光照射下，電子吸收了入射的光子能量后，一部份由于克服物質對電子的束縛，另一部份轉化為溢出電子的動能。若是光子的能量Q大于電子的溢出功A，那么電子溢出。溢出功A也成為功函數，是一個電子從金屬或半導體表面溢出時克服表面勢壘所需做的功，其值于材料有關，還和材料的表面狀態有關。假設溢出電子的動能為2mv2，擇優能量守恒定律有：hv=1/2mv2+A0m為電子的靜止質量，v0為電子溢出物體時得出速。上是即為愛因斯坦光電效應方程式。可知：（1） 光電效應可否產生，取決于光子的能量是不是大于該物質表面的電子溢出功。這意味著每一種物質都有一個對應的光頻閥值，成為紅限頻率（對應的光波長稱為臨界波長）。光的頻率小于紅限頻率，光子的能量不足以使物體的電子溢出，因此小于紅限頻率的光，光強再大也不產生光電發射。反之，入射光頻率高于紅限頻率，即便光強微弱也會有電子發射出來。（2） 假設入射光的光頻為v,光功率為P,那么每秒鐘抵達的光子數為p/hv.假設這些光子中只有一部份（n）能激發電子，那么入射光在光電面激發的光電流密度為.門ePi= phv式中，n是量子效率，概念為光強生成的載流子數與入射光子數之比，它是波長的函數，并與光電面的反射率，吸收稀疏，發射電子的深度，表面親和力等因素有關，e為電子電荷量。（3） 光電子溢出物體表面具有初始動能。因此光電管即便未加陽極電壓，也會有光電流產生。為使光電流為零，必需加負的截止電壓，而截止電壓與入射光的頻率成正比。3.1.2內光電效應內光電效應分為兩類，光電導效應和光電伏特效應。1.光電導效應入射光強改變物質導電率的物理現象，叫光電導效應。這種效應幾乎所有高電阻率半導體都有。這是由于，在入射光作用下，電子吸收光子的能量，從價帶激發到導帶，過渡到自由狀態，同時價帶也因此形成自由空穴，致使導帶的電子和價帶的空穴濃度增大，引發材料電阻率減小。為使電子從價帶激發到導帶，入射光子的能量E應大于禁帶寬度E,如圖，即光的波長應小于某一臨界波長人0。人=hc/E=123900/EA式中，e為電子伏(eV)為單位(1eV=*10J),c為光速(m/s).也稱為截止波長.依照半導體材料的禁帶寬度可得相應的臨界波長.本征半導體(純半導體)的大于攙雜質半導體。圖3。2為光電導元件工作示用意。當光電導元件在必然強度的光的持續照射下，元件達到平穩狀態時，輸出的短路電流密度為：.^ePX^tU0 d2hc能夠看出，/0在波長決定以后與p成正比，在門尸一按時，與光波長人成反比。還能夠看出，要增加光電流密度要選擇載流子壽命長、遷移率大的材料而且應該盡可能縮短兩極間的距離和提高外加電壓。隨著光能的增強，光生載流子濃度也增大，但同時電子與空穴間的復合速度也加速，因此光能量與光電流之間的關系不是線性的。基于光電導效應的光電器件有光敏電阻。2.光生伏特效應光生伏特效應確實是半導體材料吸收光能后，在PN結上產生電動勢的效應。假設在N型硅片摻入P型雜質可行成一PN結，如圖3。3所示。什么緣故PN結會產生光生伏特效應呢？這是因為：當光照射到距表面很近的PN結上時，若是光足夠大，光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，電子就能夠夠從價帶躍遷到導帶，成為自由電子，而價帶那么相應成為自由空穴。這些電子——空穴對在PN結的內部電場作用下，電子被推向N區外側，空穴被推向P區外側，使N區帶上負電，P區帶上正電。如此，N區和P區之間就顯現了電位差，于是PN結雙側便產生了光生電動勢，如圖3。3所示。若是把PN結兩頭用導線連接起來，電路中便會產生電流。由于光生電子、空穴在擴散進程中會別離與半導體中的空穴、電子復合，因此載流子的壽命與擴散長度有關。只有使PN結距表面的厚度小于擴散長度，才能形成光電流產生光生電動勢。PN結用做整流時，其電壓一電流特性如圖3。4中的曲線（1）所示。這時外加電壓U（以正方向為正）與電流id的關系為：。=1（exP告-1） （）dskl當光照射到PN結上時，由于光生伏特效應產生的短路電流與光電導效應（3。1）式相類似，即那個電流與（3。3）式所示電流方向相反，因此流經結點的電流二者之差，即/=q(expitT)一/o由此可見，當有光照射時，電壓一電流特性向下方平行移動，如圖(3。4)中的曲線(2)所示。當1=0時，對U求解，得開路電壓為"kT1U=——ln(1+?)

oeIs若是入射光較弱，I?I，那么有kTgU= o Ihc可見，當波長一按時，光電壓與P呈正比，若是門P必然，光電壓與波長呈正比。基于光生伏特效應的光電器件有光電二極管、光電三極管和光電池等。熱釋電效應利用熱效應的光電傳感器包括光---熱、熱---電兩個時期的信息變換進程。光---熱時期是物質吸收了光以后溫度升高，熱電時期是利用某種效應將熱轉變成電信號。熱釋電確實是這種效應之一。熱釋電材料有晶體、陶瓷和塑料等。利用最先的是熱釋電晶體。熱釋電晶體能夠自發極化，在垂直晶體極軸的兩個端面上具有大小相等、符號相反的束縛電荷。當溫度轉變時，溫度的轉變與自由電荷的轉變成正比。熱釋電晶體如鈮酸鋰、鉭酸鋰等，熱釋電陶瓷如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等、熱釋電塑料如聚偏二氟乙烯等。通常極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附集在晶體外表面的自由電荷中和，晶體對外不顯電性。中和平均時刻為T=8/b其中，8為晶體的介電常數，b為晶體的電導率。多數熱釋電材料的T約在1---1000S之間。光釋電傳感器的調制頻率f必需大于1/t，才能使熱釋電所產生的電荷來不及被外來自由電荷所中和，在晶體極軸兩頭產生交變電壓，假設在熱釋電體兩頭的電極上接入電陰R，如下圖。那么R兩頭所產生的交流信號電壓AU為AU=S?R(dPs/dt)=S?R?g(dT/dt)式中，S為電極面積，dPs/dt為自發極化矢量對時刻的相對轉變，g二dPs/dT為熱釋電系數，dT/dt溫度對時刻的轉變率。由此看出，aU與溫度的轉變成正比，而溫度的轉變速度又與紅外線的強度轉變有關。利用熱釋電效應可制成紅外探測器、溫度傳感器、熱成像器件等。光的吸收系數光在半導體材料中傳播時會產生衰減，即產生吸收。半導體材料通常能強烈地吸收光能，對光的吸收作用經常使用吸收系數來描述。光的吸收系數a與光波的波長人有專門大的關系，圖示出了幾種經常使用半導體材料光的吸收系數曲線。下面定量討論某一種光波長在硅中傳播的平均深度，為設計和制造光電三極管和二極管，提供理論依據。以$⑴表示硅片內距表面X處的光強。由于光的吸收作用，從X到x+dx間光強減弱了d4，那么吸收系數的概念為對上式積分能夠取得光強在半導體內的散布為^（x）=^e-血0其中4。是硅片表面處入射光的強度。可見光在進入硅片后按指數規律衰減，它的平均透入深度為W=1/4件x[-d^（x）]=1/a00由上式可知，欲求必然波長的光在硅中傳播的速度，只要從圖中查出對應此波長的吸收系數a，再取其倒數就能夠夠了。光傳感器的特性表示方式靈敏度光電器件對輻射通量的反映稱為靈敏度，也稱為響應。對可見光經常使用的有流明靈敏度Sm=光電流（A）/光通量（lm）和勒克靈敏度=光電流（A）/受光面照度（lx）投射到傳感器的光通量即便是相同的，若是光譜能量妥布不同時，靈敏度也不同。因此，測量靈敏度的規定光源是色溫是2856K的標準鎢絲燈。對紫外線或紅外波段的傳感器，經常使用輻射靈敏度S廣光電流（A）/輻射通量（W）式中，輻射通量4是單位時刻內通過某一面積輻射的能量，4=dW/dt,單位為W。目前對可見光波段的傳感器也用輻射靈敏度表示。光譜靈敏度S（2與峰值波長按收器對不同波長光(電磁輻射)的反映程度稱為光譜響應或光譜靈敏度。為光電器件對單色輻射通量的反映與入射的單色輻射通量之比，即S(X)=U(X)/低)。式中，?(九)為入射的單色輻射通量，U(人)為光電器件的反映。波長在AXT0的狹小范圍內的輻射稱為單色輻射，其通量稱為單色輻射通量。光電器件的S(X)隨波長X而轉變，且在某個波長X皿處有最大值S(X)。波長稱為峰值波長，即光譜靈敏度最大時的波長。m相對光譜靈敏度光譜靈敏度與最大光譜靈敏度之比稱為相對光譜靈敏度，即S「X)=S(X)/S氣)，其中，氣X)是一無量綱函數，也稱光譜特性。光譜特性是指光譜相對光譜靈敏度與入射光波長之間的關系，不同靈敏材料的光譜待性曲線如下圖。從光譜曲線能夠判定哪一種輻射源與哪一種光電器件配合利用可取得較高的靈敏度。積分靈敏度S光電器件對持續輻射通量的反映程度稱為積分靈敏度。概念為反映U與入射到光電器件上的輻射通量?之比，即S=U/?.當反映為光電流時，積分靈敏度即為輻射靈敏度。通量閥?H在光電器件輸出端產生的電信號與固有噪聲電平相等的最小輻射通量稱為通量閥。假設把對應于?H的光電器件的反映以等效噪聲的均I方根值代入式，那么有 ?H=\":/S光電器件的通量閥右以依照特定輻射源來測定，而且同積分靈敏度一樣，它和輻和輻射源的輻射特性有關。單色通量閥由下式概念I巾(人)=I'U2/SH Z單色通量閥反映光電器件本身的固有特性，而通量閥不僅反映光電器件本身的固有特性，而且還反映輻射特性。歸一化探測率由于通量閥與光電器件靈敏面的面積的平方根成正比，在窄帶情形下通量閥與帶寬的平方根成正比。對光電器件性能進行比較，應當在靈敏面的尺寸和帶寬必然的條件下進行，因此引進一個新的特性參數，即歸一化探測率。歸一化探測率可由下式概念：D*=7^7/4h=^AAf/、缶式中，A為靈敏面積，Af為帶寬。其實質上確實是光電器件在具有單位靈敏面積、單位帶寬及單位輻射通量時所獲的信噪比.轉換特性)和響應時刻當入射輻射通量很小時，能夠把光電器件看做線性系統，并用轉換特性的時刻常數來描述光電器件的動態特性。轉換特性是輻射通量為階躍信號光陰電器件的響應，如圖示。對線性傳感器，其輻射通量與輸出電壓之間的關系能夠用以下微分方程描述TdU/dt+U(t)=S04(t)輻射通量為階躍函數時，微分方程解為U(t)=S(1-e-t仃)0事實上轉換進程要通過的時刻才能終止。因此，將光電器件輸出端電壓達到最大值倍時所對應的時刻稱為光電器件的響應時刻。它反映了光電器件響應時刻的快慢，調制頻率上限受響應時刻的限制。光敏電阻的響應時刻一樣為10一1T10一3s，光電三極管為2x10-5s，光電二極管的比三極管的高一個數量級，硅管比鍺管的高一個數量級。光電器件的頻率特性光電器件相對光譜靈敏度(輸出端電壓(電流)的振幅)隨入射通量的調制頻率的轉變關系稱為光電器件的頻率特性。由于光電器件有必然的惰性，在必然幅射的正弦調制光照下，當頻率較低時，靈敏度與頻率無關；假設頻率增高，靈敏度就會慢慢降低。多數光電器件靈敏度與調制頻率的關系為S(f)=S/(1+4兀2f2T2)式中，s為調制頻率f=0時的靈敏度，f為調制頻率，t為響應時刻。r0光照特性光照特性表示光電器件的積分或光譜靈敏度與其入射輻射通量的關系。有光陰電器件輸出端的電壓或電流與入射輻射通量間的關系也稱為光照特性。溫度特性光電器件的靈敏度、暗電流或光電流與溫度的關系稱為溫度特性，通常由曲線表示或由溫度系數給出。溫度系數表示在給定的溫度區間，溫度轉變1度時，光電流的相對平均增量或靈敏度的轉變或光敏電阻值的平均轉變。溫度轉變不僅阻礙光電器件的靈敏度，同是對光譜特性也有較大阻礙。由于光電器件的靈敏度隨溫度轉變，在高精度檢測時，要進行溫度補償或要求在恒溫條件下工作。伏安特性在維持入射光頻譜成份不變的條件下，光電器件所加電壓與光電流之間的關系稱為光電器件的伏安特性，如圖示。安是傳感器設計時選擇電參數的依據。3.5光電傳感器3.5.1光電管光電管是一種具有悠長的光傳感器。光電管是一個裝有光電陰極的真空玻璃管，有很多種，如圖3.12所示。圖中左側的一種，光電極是在玻璃管內涂上陰極涂料組成的；右邊的一種，光電陰極是在玻璃管內裝有涂有陰極涂料的柱面形極板成的。當光電管的陰極受到適當波長的光線照射時便向外發射電子（外光電效應），在光電管內形成空間電子流。若是在外電路中串入一適當阻值的電阻，那么在該電阻上將產生正比于空間電流的電壓降，其值與照射在光電管陰極上的光成必然的關系。這種光電管結構簡單，其靈敏度由光電面的量子效率決定。當光通量一按時，陽極電壓與陽（陰）極電流的關系，叫光電管的伏安特性曲線，如圖3.13所示。當入射光比較弱時，由于光電子較少，只用較低的陽極電壓就能夠收到所有的光電子，而且輸出電流專門快就能夠夠達到飽和；當入射光比較強時，使輸出電流達到飽和，那么需要較高的陽極電壓。光電管的工作點應選在光電流與陽極電壓無關的飽和區域內。由于這部份動態阻抗（dU/dI）超級大，以致能夠看做恒定電流源，能通過大的負載阻抗掏出輸出電壓。光電管的靈敏度較低，有一種充氣光電管，在管內充以少量的惰性氣體，如氬或氖（或充氦，也有充混合氣體的'當光電陰極被光照射發射電子時，光電子在趨向的途中撞擊惰性氣體的原子，使其電離（湯姆生放電），從而使陽極電流急速嗇（電子倍增作用），提高了光電管的靈敏度。充氣光電管的電壓一電流特性不具有真空光電管的那種飽和特性，而是達到充氣離子化電壓周圍時，陽極電流急速上升，如圖3.14。急速上升部份的特性確實是氣體放大特性，放大系數為5—10。充氣光電管的優勢是靈敏度高，但其靈敏度隨電壓顯著轉變的穩固性、頻率特性等都比真空光電管差。因此在測試中一樣選用真空光電管。占時刻較多的是光電子從陰極到陽極的時刻△"在外加電壓為，平板電極距離為時，At值的粗略估算為d\eU式中，e和m別離是電子的電荷與質量，e0是對應電子的初速度所攜帶的能量。光電倍增管光電倍增管是利用二次電子釋放效應，將光電流在管內部進行放大。所謂二次電子釋放效應是指高速電子撞擊固體表面，再發射出二次電子的現象。管內電流放大增益為G=f(gs)N其中，f是光電面與第一倍增極間的光電子搜集效率，g是倍增極間的電子傳遞效率。圖給出幾種常見的光電倍增管結構。光敏電阻光敏電阻的結構原理光敏電阻的工作原理是基于光電導效應：在無光照時，光敏電阻具有很高的阻值，在有光照時，當光子的能量大于材料禁帶寬度，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，激發出能夠導電的電子一空穴對，使電阻降低；光線愈強，激發出的電子一空穴對越多，電阻值越低；光照停止后，自由電子與空穴復合，導電性能下降，電阻恢恢復值。制作光敏電阻的材料經常使用硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)和銻化銦(InSb)等。光敏電阻具有靈敏度高，光譜響應范圍寬，體積小，重量輕，機械強度高，耐沖擊，康過載能力強，耗散功率大，和壽命長等特點。光敏電阻的大體特性和要緊參數暗電阻和暗電流室溫條件下，光敏電阻在全暗后通過一按時刻測得的電阻值，稱為暗電阻。現在在給定工作電壓下流過光敏電阻的電流稱為暗電流。光照特性光敏電阻的光電流與光強之間的關系，稱為光敏電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻，光照特性不同。3） 光譜特性光敏電阻對不同波長的光，光譜靈敏度不同，而且不同種類光敏電阻峰值波長也不同。光敏電阻的光譜靈敏度和峰值波長與所采納材料、攙雜濃度有關。圖為硫化鎘、硫化鉛、硫化砣光敏電阻的光譜特性曲線。4） 伏安特性在必然照度下，光敏電阻兩頭所加的電壓與光電流之間的關系，稱為伏安特性。5） 響應時刻和頻率特性由于圖同材料的光敏電阻有不同的響應時刻，因此它們的頻率特性也不相同。6） 溫度特性當溫度升高時，光敏電阻的暗電阻和靈敏度都下降，因此光電流隨溫度升高而減小。光敏電阻的溫度特性一樣用溫度系數a來表示。溫度系數概念為：在必然光照下，溫度每轉變1°C，光敏電阻組織的平均轉變率。即a=R2-R1x100%T-T）R2式中，R1為在必然光照下，溫度為T1時的阻值；R2為在必然光照下，溫度為T2時的阻值。溫度系數越小越好。7）穩固性大體電路分析計算大體電路的分析計算，一般是從等效電路和伏安特性曲線進行分析。照度轉變引發的信號電流轉變為v -E版M牝 G—氣+Rg）2（）EAR .u=AU=—AIR= g—RL（RlRg）2L（）IU<Pmax（）12—GEI+P=0（）E=E==-AP R￥一”rmaxL（）3.5.4光電二極管和光電三極管光電二極管是利用PN結單項導電性的結型光電器件，結構與一樣二極管類似.PN結安裝在內部便于同意光照.外殼上面有一透鏡制成的窗口以使光線集中在靈敏面上，為了取得盡可能大的光生電流,PN結的面積比一樣二極管要大.為了光電轉換效率高,PN結的深度較一般二極管淺.光電二極管電路原理圖如圖所示：光電二極管經常使用材料有:硅,鍺,銻化銦，碲鎘汞,碲錫鉛，砷化銦,碲化鉛等.利用最普遍的是硅，鍺二極管.光電二極管的優勢:1:響應速度快，精致，牢固.2:良好的溫度穩固性和低工作電壓（10~20V）優勢光電三極管與光電二極管相似，只是內部有兩個PN結類似一樣三極管也有PNP型和NPN型.和一樣三極管不同的是它的發射機一邊尺寸很小,.以擴大光照面積，如下圖為其結構原理圖：光電管的大體特性1） 光譜特性：如圖為光電二極管光譜特性曲線2） 光照特性：如圖為光電三極管光照特性曲線光照特性反映集電極輸出電流Ic和照度Ec之間的關系.三極管的光照特性曲線不太好，在大電流時有飽和現象.光電二極管在反向偏電壓的作用下，光照特性有良好的線性.3）伏安特性：如下圖如下由圖可見，光電管的伏安特性與一樣晶體三極管類似，不同在于參量不同:晶體三極管的參變量為基極電流，而光電管的參變量是入射的光照度.光電三極管的光電流比相同管型的二極管大好幾十倍，而且在零偏壓時,二極管有光電流輸出（如圖a）,而三極管沒有.（如圖b）4）溫度特性：溫度對光電管暗電流和光電流的阻礙如下圖.可見,溫度轉變對光電流的阻礙很小，而對暗電流阻礙專門大.暗電流溫度升高是由于熱激發造成的.在高溫低照度下工作時.由于溫度升高而產生的電流轉變是一個必需考慮的誤差信號.當交流放大時，由于隔直電容的作用，暗電流被隔段，因此小出料溫度升高及暗電流增加輸出的阻礙.5）頻率響應和時刻常數光電管的頻率響應是指,必然頻率的調制光照射時,光電管輸出的光電流（或負載上的電壓）隨頻率的轉變關系.光電管的頻率響應與其物理結構，工作狀態,負載和入射光波長等因素有關.如圖為硅光電三極管的頻率響應曲線.光電池光電池的工作原理是基于光產生伏特效應的.光電池的種類很多，有錫光電池，氧化亞銅光電池，鍺光電池，硅光電池，砷化鎵光電池等.其中硅光電池的光轉換效率高,壽命長，價錢廉價,適合紅外線波長工作,是最受重視的光電池.錫光電池顯現最先,工藝較成熟,工作與可見光波段,盡管光電轉換效率低,壽命短，但仍是照度計的適宜元件.砷化鎵光電池的光譜響應與太陽光譜吻合，工作溫度高，且耐宇宙射線輻射，在宇航電源方面取得應用.光電池是形式最簡單的光探測器，它能在僅僅幾伏的偏置電壓下工作,有一系列優勢:穩固性好,光譜范圍寬,頻率特性好，換能效率高，耐高溫輻射等.1.光電池的工作原理硅光電池是在N型硅片中摻入P型雜質形成一個大面積的PN結，如下圖光電池的結構類似于光電二極管，區別在于硅光電池用的襯底材料的電阻率低，約為~Q.cm,而硅光二極管襯底材料的電阻率約為1000^.cm.上電極為柵狀受光電極，下電極為襯底鋁電極.柵狀電極能減少電極與光敏面的接觸電阻,增加透光面積.其上還蒸鍍抗反射膜,即減少反射損失，又對光電池起愛惜作用.當光照射到PN結上時.若是在兩電極間串接負載電阻,那么電路中便產生料電流,如下圖光電池的大體特性1） 光譜特性如以下圖所示.不同材料的光電池，峰值波長不同.光電池的峰值波長取決于半導體材料的禁帶寬度，禁帶寬度越小的半導體，峰值波長就越向長波方向延伸.2） 光照特性如下圖硅光電池的短路電流與光照有較好的線性關系,而開路電壓與照度的關系非線性的，而且在光照度2000lx時就趨向飽和了.因此，光電池作為測量元件利歷時，應利用短路電流與照度有較好線性關系的特點，可看成電流源利用，而不易看成電壓源利用.所謂短路電流是指外接負載電阻遠小于光電池內阻時的電流.從實驗可知，負載越小，光電流與照度之間的線性關系越好，而且線性范圍越寬.負載在100Q以下,線性仍是比較好的,負載電阻太大，線性那么變壞,如圖.3） 頻率特性光電池的頻率特性是指相對輸出電流與光的調制頻率之間的關系.所謂相對輸出電流是指高頻輸出電流與低頻最大輸出電流之比.圖是光電池的頻率特性曲線.在光電池作為測量，計算,接收器件時,經常使用調制光作為輸入.由圖可知硅光電池具有較高的頻率響應,而錫光電池那么較差.因此， 在較高計數器的光電轉換中一般采用硅光電池.4） 溫度特性光電池的溫度特性是指開路電壓Uox和短路電流Isc隨溫度轉變的關系圖為硅光電池在照度為1000Lx下的溫度線性曲線.由圖可知，開路電壓隨溫度上升下降專門快，但短路電流隨溫度的轉變較慢.溫度特性阻礙用光電池的了儀器設備的溫度漂移.和測量精度或操縱精度等重要植保.當期用作測量器件是,最好能維持溫度恒定或采納溫度補償方法.5） 伏安特性所謂伏安特性，是在光照必然情形下，光電池的電流和電壓之間的關系曲線.如圖：6） 穩固性當光電池密封良好，電極引線靠得住，應用合理時，光電池的性能是相當穩固的利用壽命也很長.硅光電池的性能不錫光電池更穩固.光電池的性能和壽命除與光電池的材料及制造工藝有關外,在專門大程度上還與利用環境條件有緊密關系.如在高溫和強光照射下，會使光電池的性能變壞，而且降低了利用壽命.在利用中要加以注意.電路分析和計算1）作電流源利用光電池短路與照度有交好的線形關系，作為測量元件利歷時，常看成電流源利用。光電池的受光面積，一樣要比光電二極管大的多，因此它的光電流比后者大，受光面積越大光電流也越大，適于需要輸出大的電流的場合。前面圖3-52已給出了硅光電池的輸出伏安特性曲線。有圖可知，關于千歐的負載線，照度每轉變1001x時，相應的負載線上的線段大體相等，輸出電流和電壓隨照度轉變有較好的轉變。而關于3千歐負載線，照度每轉變100x時，相應的負載線上的線段不等，輸出電流和電壓與照度的關系會顯現非線形。在光電檢測中，在必然的負載下工作，希望輸出電流和電壓與照度成線形關系，要確信如此的負載線，只要將工作中最大照度的伏安特性曲線上的轉彎點A與原點連成直線，確實是所需的負載線。在檢測中，如需求光電池性能穩固，有好的線性關系，那么負載電阻應小一些，電阻越小性能越好，即負載線應在OA的左面。這時輸出的電壓隨有些減小，但光電流大體不變，反之，若是光電流的負載電阻必然，例如千歐，那么線形關系成立的最大照度可從伏安特性曲線確信，照度超過此值，那么電流和電壓與照度成非線形關系。圖中伏安特性曲線是在受光面積為1平方厘米的情形下取得的。若是受光面積不是1平方厘米，那么光電流的大小應做相應的轉變。另外，由于不同光源頻譜不同，當光源的種類不同，即便照度不同，光電池的輸出也不同，輸出與照度成比例的范圍也有區別。光電流有時接非線形負載，例如接至晶體管基極，如圖（a）所示。當光電池與鍺管相接時，鍺管的基極工作電壓在一一伏之間，而硅光電池的開路電壓可達伏左右，因此，可把光電池直接接到鍺管的基極使其工作。利用圖（b）的圖解分析可知，當照度自100lx變至800lx時，鍺管中的基極電流Ib中光電池伏安曲線與鍺管輸入特性曲線AB的交點和基電級電流Ic=Bib與照度Ev幾乎成線形轉變。關于硅管，其基極的工作電壓為一一伏，一個光電池不能直接操縱它的工作，這時可用兩個光電池串聯，也可用如下圖。圖中（a）（b）別離用可變電阻日可和二極管D，其特點是對晶體管的工作點隨溫度的轉變有補償作用，但二極管的正向壓降為確信的數值，不能任意調劑。其工作情形，亦可用圖（b）的類似方式進行圖解分析。2）作電壓源利用硅光電池的開路電壓與照度的關系是非線性的，因此，作為測量元件利歷時，一樣不宜看成電壓源利用。而且硅光電池的開路電壓最大也只有左右，因此若是希望取得大的電壓輸出，不如采納光電二極管和光電三極管，因為他們在外加反向電壓下工作，能夠取得幾伏乃至幾十伏的電壓輸出。但如果是照度跳躍式轉變，對電壓的線性關系無要求，光電池可有左右的電壓轉變，亦可適合于開關電路或繼電器工作狀態。假設要增加光電池的輸出電壓，類似于光電二極管可加反向電壓，如圖（a）所示，有時為了改善線性亦可加反向電壓。光電池的伏安特性曲線如圖（b）。但光電池加反向電壓后的暗電流和噪聲有所增大，因此要選用反向暗電流小的電池，并主意光電池不能因加反向電壓而擊穿。.6PIN型硅光電二極管PIN型硅光二極管是一種高速光電二極管。設計思想是，為了取得高速響應，需要減小二極管的PN結的電容。為此，PIN光電二極管是在大量摻入雜質的P型和N型硅片層之間插入高阻抗的本征半導體材料層（I層），如下圖。插入高阻抗的本征半導體材料層（I層）可提高二極管的響應速度和靈敏度。應用：電視攝象機等遙控裝置、光存貯器的讀出裝置和伺服跟蹤信號檢測器等。雪崩式光電二極管（APD）雪崩式光電二極管具有高速響應和放大功能。結構如下圖，是在PN結的P一側再設置一層攙雜濃度極高的p（重攙雜）層而組成，是在PN結光電二極管上施加較大的反偏壓，利用PN結處產生的雪崩效應而制成電子倍增管。采納硅和鍺材料的雪崩式光電二極管的響應波長范圍別離為和元件優勢是：他提供的高電流增益極大地提高靈敏度，能有效地讀取微弱光線，經常使用范圍的光纖通信的受光裝置和光磁盤的受光元件。不足：線性較差，工作時要求很高的電壓成立必要極電場，而且其增益對偏置電壓和溫度十分靈敏，因此要求超級穩固的工作環境。半導體色敏傳感器半導體色敏傳感器可用來直接測量從可見光到紅外波段內單色輻射的波長。其結構如圖(a)所示。他有兩個深淺不同的PN結，形成反向連接的兩個光電二極管PD1和PD2,故又稱為雙結光電二極管。光電二極管的光譜特性與PN結的結深有關，在靠近表面的PN結的PD1對短波長的光比較靈敏，而遠離表面的PN結的PD2對長波長較靈敏。光電二極管的光譜靈敏度特點曲線如圖示。實際應用的比較電路如圖示。色敏傳感器起源于機械人視覺系統的研究，現已在圖象處置技術、自動化檢測、醫療和家用電等領域取得普遍應用。3.5.9光電閘流晶體管光電閘流晶體管是由入射光觸發而導通的可控硅，簡稱光控晶閘管，通常又稱光激可控硅。結構圖(a).光控晶閘管的導通電流/為AI=氣(…)A1-(a+a)Ip的大小取決于光照射，必可為零。3.