光电二极管，光敏电阻，光电池的特性曲线各是什么样子的

光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值

电流密度与电压 (J-V)特性曲线，常用于对太阳能电池的研究，太阳能电池J-V特性曲线表示电流密度-光电压曲线(J-V)。太阳能电池 是将光能转换成电能的光电器件。换句话说，它们在暴露于光线时会产生能量。当光落在光伏半导体材料(太阳能电池)上时，来自光子的能量转移到材料上，从而产生自由移动的电荷。对于具有负载电阻器的完整电路，当太阳能电池暴露于光时，在电路中产生电流。因为太阳能电池产生电流，所以通过负载切换获得其IV曲线 。负载切换涉及使用连接在电源上的不同电阻负载，并测量器件两端的电压(使用电压表)，以及通过它的电流(使用电流表)。为了了解太阳能电池可以向电路提供电流的程度，我们通过使用负载切换方法来测量设备的IV特性。

光电 二极管器件 本征半导体、P型和N型半导体都不能单独构成半导体器件，PN结才是构成半导体器件的基本单元。 1.2.1 PN结的形成 在特殊工艺条件下，P型和N型半导体交界面处所形成的空间电荷区，称为PN结. 一. 多数载流子的扩散 在P型和N型半导体交界面两侧,电子和空穴的浓度差很大。在浓度差的作用下，P区中的多子空穴向N区扩散,在P区一侧留下杂质负离子,在N区一侧集中正电荷同时，N区中的多子自由电子向P区扩散，在N区一侧留下杂质正离子，在P区一侧集中负电荷。结果，在P型和N型半导体交界面处形成空间电荷区，自建内电场ε内（从N区指向P区），如图1-6所示。 二. 少数载流子的漂移 在内电场的作用下，P区中的少子自由电子向N区漂移，而N区中的少子空穴向P区飘移，使内电场削弱。 三. 扩散与漂移的动态平衡 当内电场达到一定值时，多子的扩散运动与少子的漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区不再变化，这个空间电荷区，就称为PN结。 空间电荷区无载流子停留，故曰耗尽层，又叫阻挡层或势垒层。无外电场作用时，PN结内部虽有载流子运动，但无定向电流形成。 1.2.2 PN结的单向导电特性 一. PN结加正向电压 PN结加正向电压（正偏）时，外电场与内电场反方向，使空间电荷区变窄，多子的扩散运动远大于少子的漂移运动，由浓度大的多子扩散形成较大的正向电流，PN结处于导通状态。此时，其正向通态电阻很小，正向通态管压降也很小，如图1-7（a）所示。 二. PN结加反向电压 PN结加反向电压（反偏）时，外电场与内电场同方向，使空间电荷区变宽，多子扩散运动大大减弱，而少子的漂移运动相对加强，由浓度很小的少子漂移形成很小的反向饱和电流IS,PN结处于截止状态。此时，反向电阻很大。如图1-7（b）所示。 PN结正偏时导通，反偏时截止，故具有单向导电特性。其特性曲线如 图1-8所示，电压U与电流I的关系式为 ID=IS（ ） 三，反向击穿 当PN结所加反向电压达到UB时，其反向电流急剧增加，叫反向击穿，UB叫击穿电压。 PN结有雪崩击穿和齐纳击穿两种击穿状态。无论处于何种击穿时，反向电流只要不超过允许值，去掉反向电源后，仍能恢复单向导电性。 四，PN结的电容效应 1.势垒电容CT 当PN结的反偏电压变化时，空间电荷区随之变宽（相当于充入电荷）或变窄（相当于放出电荷），故具有电容效应，叫势垒电容，用CT表示。 2.扩散电容CD 当PN结的正偏电压变化时，P区和N 区中多子的浓度和浓度梯度均随之变化，也具有一定的电容效应，叫扩散电容，用CD表示 3.PN结的结电容CJ CJ=CT+CD 正偏时，CD起主要作用；反偏时，CT起主要作用。 1.2.3半导体二极管 一，二极管的结构 给PN结加上两个引线（管脚）和管壳即成二极管，接P区的管脚称阳极，接N区的管脚称阴极。 二，二极管的类型 1. 按结构区分， 如图1-2所示 点接触型：PN结面积小，工作电流小，PN结电容小，工作频率高。 面接触型：PN结面积大，工作电流大，PN结电容大，工作频率低。 2. 按工作频率区分 有高频管和低频管。 3. 按功率区分 有大功率管和小功率管。 4. 按用途区分 有普通管、整流管、稳压管、开关管等等。 三，二极管的特性 1. 正向特性，与PN结相同 2. 反向特性，与PN结相同 3. 击穿特性，与PN结相同 4. 温度特性， 温度升高时，二极管的正反向特性曲线均向纵轴靠近，如图1-13所示。 四. 主要参数 1. 最大整流电流IF，又叫额定电流。 2. 最大反向工作电压UR，又叫额定电压。 3. 反向饱和电流IS。 4. 反向电流IR，二极管未击穿时的电流值。 5. 最高工作频率fM。 6. 直流电阻RD：RD=UD/IF，如图1-14所示。 7. 交流电阻rd：RD=ΔUD/ΔID=dud/did,如图1-15所示。 rd系指某一工作点的动态电阻。常温下，rd=UT/ID=26(mv)/IDQ IDQ为直流工作点的电流，单位为mA 1.2.4 稳压二极管 一.结构 结构与普通二极管相似，只是掺杂浓度比普通二极管大得多，通常为硅材料稳压二极管。 二.特性 正向特性曲线与普通二极管的正向特性曲线相似；反响未击穿的特性曲线与普通二极管的反向击穿时的特性曲线相似。但稳压二极管的反向击穿特性曲线很陡。如图1-16所示。 三.参数 1.稳定电压UZ 2.稳定电流IZ 3.额定功率PZ 4.动态电阻rZ ，rZ=ΔUZ/ΔIZ ，rZ很小。 5.电压温度系数α。α=ΔUZ/Ut × 100%。UZ>7V时，α为正温度系数；UZ<5V时，α为负温度系数；5V<UZ<7

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