光电效应与光电器件（四）：光敏电阻应用、光电池与光敏管

光电效应与光电器件（四）：光敏电阻应用、光电池与光敏管

本文件是光电式传感器系列源文件的第四部分，主要介绍光敏电阻的典型应用（火灾探测报警器）、光电池（基于光生伏特效应）的工作原理、种类、特性（光谱、光照、频率、温度），以及光敏管（光敏二极管和光敏晶体管）的基本工作原理。

核心内容

1. 光敏电阻的应用：火灾探测报警器

以PbS（硫化铅）光敏电阻为敏感元件的火灾探测报警器电路为例。在1mW/cm²照度下，PbS光敏电阻的暗电阻为1MΩ，亮电阻为0.2MΩ，峰值响应波长为2.2μm，与火焰的峰值辐射光谱波长接近。电路采用恒压偏置，保证更换光敏电阻时输出信号稳定。当火焰发出2.2μm附近的辐射信号时，PbS光敏电阻接收信号，经前置放大器、高输入阻抗放大器放大后，送至中心站发出报警或执行喷淋动作。

2. 光电池

工作原理

光电池实质上是一个电压源，利用光生伏特效应将光能直接转换为电能，也称太阳能电池。以硅光电池为例，在N型硅片上扩散P型杂质形成PN结。当入射光照射PN结时，若光子能量大于半导体禁带宽度，则激发出电子-空穴对，在内电场作用下分离，P区带正电、N区带负电，产生光生电动势。外电路接通时，电流从P区经外电路流向N区。

种类

常见光电池包括硅光电池、硒光电池、锗光电池、砷化镓光电池等。硅光电池性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射、价格便宜、寿命长，应用最广。硒光电池的光谱特性与人眼视觉相近，常用于分析仪器和测量仪表。

特性

• 光谱特性：硅光电池光谱响应波长范围0.4~1.2μm，峰值在0.8μm附近；硒光电池在0.38~0.75μm，峰值在0.5μm附近。
• 光照特性：短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系，开路电压与光照强度成非线性关系（2000 lx时趋于饱和）。作为测量元件时应作为电流源使用，使其接近短路工作状态。负载电阻越小，线性关系越好。
• 频率特性：PN结面积大、极间电容大，频率特性较差。硅光电池优于硒光电池。
• 温度特性：开路电压随温度升高快速下降，短路电流随温度升高增加，均与温度成线性关系。作为测量元件时需保证温度恒定或采取温度补偿措施。

3. 光敏管

光敏管包括光敏管|光敏二极管和光敏晶体管。其PN结处于反向偏置状态：无光照时反向电阻很大、反向电流很小，相当于截止状态；有光照时PN结产生光生电子-空穴对，在结电场作用下形成光电流。光电池与光敏管的区别在于后者PN结处于反向偏置。

与现有Wiki的关联

• 强化了光生伏特效应作为光电池物理基础的地位。
• 补充了光电池（硅、硒）的具体特性（光谱、光照、频率、温度）。
• 补充了光敏管（光敏二极管、光敏晶体管）的工作原理。
• 与光电式传感器、内光电效应等页面形成关联。

关键工程要点

光电池作为测量元件时，应作为电流源使用，使其接近短路工作状态，以利用短路电流与光照强度间的线性关系。负载电阻越小，线性关系越好，线性范围越宽。