光電流

光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類(lèi)似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線(xiàn)照射PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。常見(jiàn)的有2CU、2DU等系列。

光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。基本特性:(1)光譜特性 (2)伏安特性(3)光照特性(4)溫度特 5)頻率響應(yīng)性

要金屬發(fā)射電子的條件是:入射光的頻率必須大于金屬的極限頻率。

當(dāng)有光電子發(fā)出后，光電流的強(qiáng)度跟入射光強(qiáng)度成正比。

光敏電阻的光電流:亮電流與暗電流之差。

暗電阻、暗電流:光敏電阻在室溫條件下，光照消失之后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間所測(cè)得電阻值稱(chēng)為暗電阻。此時(shí)在給定的電壓下流過(guò)的電流就是暗電流。

亮電阻、亮電流:光敏電阻在某一光照下的阻值稱(chēng)為亮電阻。此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為亮電流。

當(dāng)一束光落在 psd 上，相應(yīng)于光能量的電荷在入射點(diǎn)產(chǎn)生，電荷通過(guò) p 型電阻層被電極收集。p 型層 是均勻一體的電阻層，被電極收集到的光電流與入射 點(diǎn)和電極間距成反比。 由此可得出如下公式:i1 和 i2 是電極的光電流， l 和 i0 分別代表電極間距和總光電流。 當(dāng) psd 幾何中心設(shè)定為坐標(biāo)原點(diǎn): 當(dāng) psd 一端設(shè)定為坐標(biāo)原點(diǎn): 由公式(3)，(4)，(7)，(8)顯示，不同的比率可得出相應(yīng)的與光能量無(wú)關(guān)的入射光點(diǎn)的位置。

1.光敏二極管

光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)

暗電流、光電流(光照越強(qiáng)，光電流?)

2.光敏三極管

基極無(wú)引出線(xiàn)，集電極相對(duì)于發(fā)射極為正電壓

當(dāng)光照射在集電結(jié)上時(shí), 就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì), 從而形成光電流, 相當(dāng)于三極管的基極電流。因此集電極電流是光生電流的β倍, 所以光敏晶體管有放大作用。

1、 光照特性

光電管光照特性是指在光源光譜不變和一定的陽(yáng)極電壓下，光電流與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。當(dāng)光照較弱，光電流密度在幾十uA/cm之內(nèi)時(shí)，陰極發(fā)射的光電子數(shù)，即光電流大小與光照強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系;但當(dāng)強(qiáng)光照射時(shí)，則會(huì)偏離線(xiàn)性，陰極發(fā)射光電子過(guò)程會(huì)產(chǎn)生光電疲乏，使光電流出現(xiàn)飽和。

對(duì)于光電測(cè)量應(yīng)用來(lái)說(shuō)，強(qiáng)光照射時(shí)，光電管將受到光照特性偏離線(xiàn)性的限制;而當(dāng)很弱的光照射時(shí)，光電管則受到暗電流及暗電流的漲落所引起的噪聲限制。

2、 光譜特性

光電管的光譜特性是指光電陰極發(fā)射能力與光波波長(zhǎng)的關(guān)系。真空光電管的光譜特性主要取決于光電陰極的類(lèi)型、厚度及光窗材料。由于光電管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制造工藝不同，即使光電陰極相同，各管子之間的光譜響應(yīng)曲線(xiàn)也都會(huì)存在有一定差別。

3、 伏安特性

在具有一定輻射光譜的光源并以一定光通量照射時(shí)，光電管的輸出電流與陽(yáng)極電壓的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為光電管的伏安特性。正常的光電管，不論其結(jié)構(gòu)如何，其伏安特性都會(huì)出現(xiàn)飽和區(qū)，一般在陽(yáng)極電壓為50V-100V時(shí)，真空光電管的所有光電子都會(huì)到達(dá)陽(yáng)極，光電流開(kāi)始飽和。能使光電流達(dá)到飽和所對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極電壓稱(chēng)為飽和電壓，不同電極結(jié)構(gòu)的光電飽和電壓不同;就同一光電管而言，由于空間電荷的影響，飽和電壓也會(huì)隨著照射光的光通量的增大而提高;另外，光電管伏安特性還與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，即使光通量相當(dāng)，波長(zhǎng)不同，飽和電壓也不同，這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短的光比波長(zhǎng)長(zhǎng)的光激發(fā)出的光電子初速度要大的緣故。

采用薄膜高阻層陰極的光電管的伏安特性曲線(xiàn)會(huì)不存在飽和現(xiàn)象，而是始終緩慢上升，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)光電流迅速躍升的反常現(xiàn)象，這是由于陽(yáng)極這時(shí)接收到的不只是光電子，而且還有二次電子引起的。

圖1-4 給出了真空光電管的伏安特性曲線(xiàn)的一般形式。

4、 頻率特性

當(dāng)光電管受到交變脈沖光照射時(shí)，陽(yáng)極輸出的光電流的脈沖幅度與調(diào)制光的頻率間的關(guān)系稱(chēng)為光電管的頻率特性。通常光電管在低頻區(qū)工作時(shí)，光電流不受頻率的影響;而在高頻區(qū)工作時(shí)，光電流將隨頻率的提高而減小，這表明光電轉(zhuǎn)換過(guò)程出現(xiàn)了惰性。惰性的出現(xiàn)與光電子在極間的渡越時(shí)間、極間電容的大小、管子的結(jié)構(gòu)和工作電壓有關(guān)。

5、 穩(wěn)定性

(1)時(shí)間穩(wěn)定性。光電管具有良好的短期穩(wěn)定性，但若連續(xù)使用，靈敏度就有下降的趨勢(shì)，特別是在強(qiáng)光照射下更是如此。但是靈敏度的下降在開(kāi)始時(shí)塊，后來(lái)就較慢，最后幾乎保持不變，趨于穩(wěn)定。

光電管的靈敏度的變化可分為可逆和不可逆兩種類(lèi)型，把使用過(guò)的管子在黑暗環(huán)境中存放一定時(shí)間，其靈敏度可以全部或部分地得到恢復(fù)，這就是可逆的變化，這種變化稱(chēng)為光電管的疲乏;反之，靈敏度不可恢復(fù)的變化就是不可逆變化，這種變化稱(chēng)為光電管的衰老。光電管的時(shí)間穩(wěn)定性主要取決于陰極的光電疲乏和衰老特征，而這與陰極的種類(lèi)、照射光的強(qiáng)弱及光的波長(zhǎng)有關(guān)。此外，還與光電管的結(jié)構(gòu)、陰極表面狀況、玻殼清潔程度、基底的材料和管內(nèi)殘余氣體有關(guān)。

(2)溫度穩(wěn)定性。光電管的靈敏度還會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，而且這種影響對(duì)不同的光電陰極的光電管不同。比如，對(duì)銻銫陰極來(lái)說(shuō)，溫度為10攝氏度到45攝氏度時(shí)，其靈敏度基本不變，但溫度升到150攝氏度時(shí)，靈敏度會(huì)顯著下降;而銀氧銫光電陰極溫度升高到100攝氏度到150攝氏度時(shí)，光電流會(huì)有所增加，但此時(shí)陰極的熱發(fā)射也顯著上升，而當(dāng)溫度超過(guò)200攝氏度時(shí)，光電流又會(huì)減少，而且是不可逆的;對(duì)于無(wú)金屬襯底的半透明銻銫或銀氧銫光電陰極，溫度降到負(fù)50攝氏度時(shí)，靈敏度會(huì)下降很多等。

6、 暗電流

在完全沒(méi)有光照射時(shí)光電管陽(yáng)極的輸出電流就是暗電流。光電管內(nèi)產(chǎn)生暗電流的原因是陽(yáng)極與陰極間的漏電流和陰極的熱發(fā)射，可以用在陰極上加上相對(duì)陽(yáng)極為正的電位，熱發(fā)射即應(yīng)消失，而漏電流不變的辦法來(lái)區(qū)分這兩種暗流。降低熱發(fā)射的方法是采用大逸出功的陰極與減少陰極的實(shí)際尺寸，比如銻銫陰極在室溫下的熱發(fā)射就遠(yuǎn)小于銀氧銫陰極。

7、 噪聲

光電管的噪聲可分為暗電流脈沖噪聲和寄生在信號(hào)中的噪聲。產(chǎn)生噪聲的原因主要有:陰極發(fā)射不均勻引起的散粒噪聲，這種噪聲對(duì)陰極的光電發(fā)射和熱發(fā)射都會(huì)存在;負(fù)載電阻上產(chǎn)生的熱噪聲。光電管在探測(cè)弱光時(shí)，熱噪聲是主要的。

散粒噪聲電壓與負(fù)載電阻成正比，而熱噪聲電壓則正比于負(fù)載電阻的平方根，因此，提高負(fù)載電阻，可使熱噪聲小于散粒噪聲。