形形色色的光電器件

同學(xué)：光電三極管和光電二極管在性能上有哪些不同呢?
老師：光電三極管和光電二極管一樣，也是光電導(dǎo)器件。光電三極管是NPN結(jié)構(gòu)，但它的管芯基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收，并產(chǎn)生基極電流，根據(jù)三極管的電流放大作用，其集電極電流是基極電流的β倍。由于它充分利用了三極管的電流放大，光電流可以達到0.4～4mA(光電二極管的光電流僅為幾十微安)，因此光電三極管具有更高的靈敏度。
同學(xué)：我們在進行電子制作時，經(jīng)常使用發(fā)光二極管，只是不太清楚它為什么會發(fā)光，為什么會有幾種不同發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。
老師：發(fā)光二極管也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，同樣具有單方向?qū)щ娞匦浴＝o發(fā)光二極管外加正向電壓時，它也處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)正向電流流過管芯時，卻將電能轉(zhuǎn)換成了光能。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色主要決定于制作管子的材料以及摻入雜質(zhì)的種類。常用的有發(fā)紅光的磷砷化鎵發(fā)光二極管，發(fā)黃色光的碳化鎵發(fā)光二極管，發(fā)綠光的磷化鎵發(fā)光二極管。還有能發(fā)出紅外光的砷化鎵和砷鋁化鎵發(fā)光二極管。
同學(xué)：發(fā)光二極管為什么都要串聯(lián)一只電阻呢?
老師：串聯(lián)的電阻叫限流電阻。發(fā)光二極管和普通二極管不同的地方是在導(dǎo)通時的正向壓降UF比較大，一般為1.5～2.5V(普通硅二極管約為0.7V)。發(fā)光二極管的工作電流IF一般為10～40mA。為了保證發(fā)光二極管在電源電壓U的作用下管子的工作電流不超過額定值，需要串聯(lián)一只限流電阻R，R的阻值可由下式算出
R=(U－UF)/IF
同學(xué)：有一種LED數(shù)碼管，它與發(fā)光二極管有什么關(guān)系呢?
老師：LED數(shù)碼管是多個發(fā)光二極管的組合，它是把磷砷化鎵或磷化鎵發(fā)光二極管的管芯做成條狀，用七條條狀的發(fā)光二極管組成七段式的數(shù)碼顯示管，就可以在計數(shù)器中顯示0～9十個數(shù)字。這種數(shù)碼管體積小、耗電省、壽命長、響應(yīng)速度快、顯示清晰，應(yīng)用十分廣泛。
同學(xué)：什么是硅光電池?它的主要特性是什么?
老師：硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡單，核心部分是一個大面積的PN結(jié)。大家可以自己做一個簡單的實驗，把一只透明玻璃外殼的點接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時，你就會看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時產(chǎn)生的電動勢和電流也大得多。例如，國產(chǎn)2CR型硅光電池在100mW/cm2的入射光強下，開路電壓(需用高內(nèi)阻的直流毫伏計測量)為450～600mV，短路電流為16～30mA，轉(zhuǎn)換效率為6％～12％。
同學(xué)：硅光電池的受光面為什么是藍色的?硅光電池可以串聯(lián)和并聯(lián)嗎?
老師：為了減少光線在硅光電池表面的反射，在它的表面還蒸有一層一氧化硅抗反射膜，可以使反射系數(shù)由30％～39％下降到7％，提高了轉(zhuǎn)換效率。上面談到單片硅光電池的開路電壓(電動勢)為450～600mV，當(dāng)要求較高的電壓時，可以把單片電池串聯(lián)起來使用。單片硅光電池的短路電流為16～30mA，當(dāng)要求輸出較大電流時，可以把單片電池并聯(lián)起來使用。
同學(xué)：您講到光電器件分類的時候提到了光電耦合器，這是一種什么樣的光電器件呢?
老師：在電子電路中，人們把半導(dǎo)體發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光電二極管、光電三極管)組合封裝在一起，成為一種“電－光－電”的器件，這就是光電耦合器。當(dāng)我們給輸入端的發(fā)光器件輸入一個電信號，則發(fā)光器件發(fā)光，光被輸出端的光接收器件接收又轉(zhuǎn)換成電信號。由于輸入、輸出之間是用光進行耦合，所以輸出端對輸入端沒有反饋，具有優(yōu)良的隔離性能和抗干擾性能，并可作為光電開關(guān)器件，代替繼電器或脈沖變壓器，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。