光敏二极管与光敏三极管比较

共同基础

光敏二极管和光敏三极管都是基于光生伏特效应的PN结型光电器件。光敏二极管可工作在反向偏置（光电导模式），也可在零偏压（光伏模式）下工作；光敏三极管工作时则需保证发射结正向偏置、集电结反向偏置。无光照时，PN结只有少数载流子形成的微小反向电流，称为暗电流（漏电流）；有光照时，光子被半导体吸收产生光生电子-空穴对，在结电场作用下电子向N区、空穴向P区移动，使反向电流显著增大，形成光电流。

光电流增益

光敏二极管只有光电转换，没有放大作用，其光电流一般只有几微安到几百微安。

光敏三极管是光敏二极管与晶体管放大器一体化的结果，有NPN型和PNP型两种结构。以NPN型为例，其基极面积做得很大以扩大受光面积，基极往往不接引线。工作原理分为两个过程：

1. 光电转换：光照在基极附近产生电子-空穴对，在反向偏置的集电结势垒电场作用下，电子向集电区移动被集电极收集，空穴流向基区，形成相当于基极电流的光生电流。
2. 光电流放大：空穴在基区积累提高了发射结的正向偏置，发射区多数载流子穿过基区向集电区移动，形成集电极电流，表现为基极光生电流被放大 $\beta$ 倍。

因此光敏三极管的光电流通常比相同管型的光敏二极管大，一般都在几毫安以上，至少也有几百微安；具体增益取决于型号、受光面积、光照功率与光谱、偏置及负载条件。

暗电流

光敏二极管与光敏三极管的暗电流相差不大，在指定型号、偏压与温度条件下一般都不超过 $1\mu \mathrm{A}$；暗电流还受增益和面积影响，该值不是普适器件保证。

频率响应

光敏二极管的频率特性好，响应时间可以达到 ${10}^{-7}\sim {10}^{-8}\mathrm{s}$（即100ns以下），适用于测量快速变化的光信号。

光敏三极管由于存在发射结电容和基区渡越时间（发射极的载流子通过基区所需的时间），频率响应比光敏二极管差，响应时间为 $5\sim 10\mu \mathrm{s}$。两者都遵循负载电阻越大、高频响应越差的规律，因此在高频应用时应尽量降低负载电阻的阻值。

当工作频率较高时应选用光敏二极管；只有在工作频率较低时才选用光敏晶体管。

电流输出方式与伏安特性

光敏二极管在零偏压时仍有光电流输出，这是因为存在光生伏特效应；随着偏置电压增高，伏安特性曲线趋于平坦。

光敏三极管在偏置电压为零时，无论光照度多强，集电极电流都为零，说明它必须在一定的偏置电压作用下才能工作，偏置电压要保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置。随着偏置电压增高，光敏三极管的伏安特性曲线向上偏斜、间距增大，这是因为除了光电灵敏度外还具有电流增益 $\beta$，且 $\beta$ 值随光电流的增加而增大。特性曲线始端弯曲部分为饱和区，此时集电结反偏电压太低、集电极电子收集能力低，应依据具体器件和负载选择避开饱和区、又不超过额定值的偏置；5V是教材示例，不是通用最低偏置。

光照特性（线性度）

光敏二极管的光照特性曲线线性较好，适合用作光强检测元件。光敏三极管在照度较小时光电流随照度增加缓慢，在照度较大时（光照度为几千勒克斯）光电流存在饱和现象，线性较差，这是由于电流放大倍数在小电流和大电流时都有下降的缘故。

主要差别归纳

• 光电流：光敏二极管为几微安到几百微安，光敏三极管为几毫安以上；具体增益取决于型号、受光面积、光照功率与光谱、偏置及负载条件。
• 暗电流：两者相差不大，在指定型号、偏压与温度条件下一般都不超过 $1\mu \mathrm{A}$；该值不是普适器件保证。
• 响应时间：光敏二极管在100ns以下，光敏三极管为 $5\sim 10\mu \mathrm{s}$。
• 输出特性：光敏二极管线性好，光敏三极管线性较差。