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2023-06-30
光电器件的主要特性介绍
【摘要】：为了合理选用光电器件，有必要对其主要特性进行简要介绍。故用光电池作线性检测元件时，所用负载电阻的大小应根据光照的具体情况而定。图3-64为光敏电阻、光电池及硅光敏三极管的频率特性。
光电传感器的光照特性、光谱特性，以及峰值探测率、响应时间等几个主要参数都取决于光电器件的性能。为了合理选用光电器件，有必要对其主要特性进行简要介绍。
1.光照特性
光电器件的灵敏度可用光照特性来表征，它反映了光电器件输入光量与输出光电流（光电压）之间的关系。
光敏电阻的光照特性呈非线性，且大多数如图3-62（a）所示。因此不宜作线性检测元件，但可在自动控制系统中用作开关元件。
图3-62 光电器件的光照特性
光敏晶体管的光照特性如图3-62（b）所示。它的灵敏度和线性度均较好，因此，在军事、工业自动控制和民用电器中应用极广，既可作线性转换元件，也可作开关元件。
光电池的光照特性如图3-62（c）所示，短路电流在很大范围内与光照度呈线性关系。开路电压与光照度的关系呈非线性，在照度2 000 lx以上即趋于饱和，但其灵敏度高，宜用作开关元件。光电池作为线性检测元件使用时，应工作在短路电流输出状态。由实验知，负载电阻越小，光电流与照度之间的线性关系越好，且线性范围越宽。对于不同的负载电阻，可以在不同的照度范围内使光电流与光照度保持线性关系。故用光电池作线性检测元件时，所用负载电阻的大小应根据光照的具体情况而定。
光照特性常用响应率R来描述。对于光生电流器件，输出电流Ip与光输入功率Pi之比，称为电流响应率RI，即
对于光生伏特器件，输出电压与光输入功率Pi之比，称为电压响应率RV，即
2.光谱特性
光电器件的光谱特性是指相对灵敏度K与入射光波长λ 之间的关系，又称光谱响应。光敏晶体管的光谱特性如图3-63（a）所示。由图可知，硅的长波限为1.l μm，锗为1.8 μm，其大小取决于它们的禁带宽度。短波限一般在0.4～0.5 μm附近，这是由于波长过短，材料对光波的吸收剧增，使光子在半导体表面附近激发的光生电子-空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。硅器件灵敏度的极大值出现在波长0.8～0.9 μm处，而锗器件则出现在波长1.4～1.5 μm处，都处于近红外光波段。采用较浅的PN结和较大的表面，可使灵敏度极大值出现的波长和短波限减小，以适当改善短波响应。
光敏电阻和光电池的光谱特性如图3-63（b）和（c）所示。
图3-63 光电器件的光谱特性
由光谱特性可知，为了提高光电传感器的灵敏度，对于包含光源与光电器件的传感器，应根据光电器件的光谱特性合理选择相匹配的光源和光电器件。对于被测物体本身可作光源的传感器，则应按被测物体辐射的光波波长选择光电器件。
3.响应时间与频率特性
光电器件的响应时间反映它的动态特性，响应时间小，表示动态特性好。对于采用调制光的光电传感器，调制频率上限受响应时间的限制。
光敏电阻的响应时间一般为10－1～10－3 s，光敏晶体管约为2×10－5 s，光敏二极管的响应速度比光敏三极管高一个数量级，硅管比锗管高一个数量级。
图3-64为光敏电阻、光电池及硅光敏三极管的频率特性。
图3-64 光电器件的频率特性
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