1、 信息光電子研究所信息光電子研究所Information optoelectronics research 2.2.某光敏電阻與負載電阻某光敏電阻與負載電阻R RL L=2k=2k串接于串接于1212伏的直流電源上，無光伏的直流電源上，無光照時負載電阻上的輸出電壓為照時負載電阻上的輸出電壓為u u1 1=20mV=20mV，有光照時負載上的輸出，有光照時負載上的輸出電流電流u u2 2=2V=2V，試求：光敏電阻的暗，試求：光敏電阻的暗電阻和亮電阻值；若光敏電阻的電阻和亮電阻值；若光敏電阻的光導靈敏度光導靈敏度S S=6=61010-6-6s/lxs/lx，求光，求光敏電阻所受的照度？敏電阻所

2、受的照度？ 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 3.1 光敏電阻3.2 光生伏特器件-光電池3.3 光電二極管與光電三極管3.4 發光器件3.5 光電耦合器件3.6 光電位置敏感器件3.7 光熱輻射檢測器件3.8 各種光電檢測器件的性能比較 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research UbbIpIp金屬電金屬電極極光電導材光電導材料料入射入射光光光敏電阻

3、符號 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research UIp電極入射光 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 12321-光電導材料；2-電極；3-襯底材料絕緣基底光電導體膜 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectr

4、onics research 應用：照相機、光度計、光電自動控制、輻射測量、能量輻射、物體搜索和跟蹤、紅外成像和紅外通信等技術方面制成的光輻射接收器件。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 其中：I光為光電流，I光=IL-Id； E為照度，為光照指數，與材料的入射強弱有關，對CdS光電導體，弱光照射下=1，強光下=0.5； U為光敏電阻兩端所加電壓，為電壓指數，與光電導體和電極材料間接觸有關，歐姆接觸時=1，非歐姆接觸時=1.1-1.2 Sg為光電導靈敏度，單位S/lx OI光ECdS的光電特性對CdS光電導體，弱光照射下

5、=1，強光下=0.5；為什么？ 光照增強的同時，載流子濃度不光照增強的同時，載流子濃度不斷的增加，同時光敏電阻的溫度也在斷的增加，同時光敏電阻的溫度也在升高，從而導致載流子運動加劇，因升高，從而導致載流子運動加劇，因此復合幾率也增大，光電流呈飽和趨此復合幾率也增大，光電流呈飽和趨勢。（冷卻可以改善）勢。（冷卻可以改善）UESIg光 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 允許的功耗線O10電壓V/VI光/mA510050100 lx10 lx250mW光敏電阻的伏安特性 光敏電阻為一純電阻，符合歐姆定律，曲線為直線。但對大多數

6、半導體，電場強度超過 時，不再遵守歐姆定律。而CdS在100V時就不成線性了。 厘米伏410 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 換句話說，溫度的變化，引起溫度噪聲，導致光敏電阻靈敏度、光照特性、響應率等都發生變化。為了提高靈敏度，必須采用冷卻裝置，尤其是雜質型半導體對長波長紅外輻射檢測領域更為重要。20406080100T501001502000I 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information opto

7、electronics research 指光敏電阻的時間特性與工作前“歷史”有關的一種現象。即測試前光敏電阻所處狀態對光敏電阻特性的影響。 暗態前歷效應：指光敏電阻測試或工作前處于暗態，當它突然受到光照后光電流上升的快慢程度。一般地，工作電壓越低，光照度越低，則暗態前歷效應就越重，光電流上升越慢。 1-黑暗放置3分鐘后 2-黑暗放置60分鐘后 3-黑暗放置24小時后 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 同時，時間特

8、性與輸入光的照度、工作溫度有明顯的依賴關系。4123O1f/Hz相對輸出0.41051010.20.60.81021031041-Se；2-CdS；3-TlS；4-PbS 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research rfEtOi(%)tO1006337rf矩形光矩形光脈沖脈沖10lx100lx 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 相對靈敏度與波長的關系可見光區光敏電阻的光譜特性 光譜特性曲光譜特性曲線覆蓋了整個可見線覆蓋了整個可見光區，峰值波長在光區，峰值波長

9、在515515600nm600nm之間。之間。尤其硫化鎘（尤其硫化鎘（2 2）的峰值波長與人眼的峰值波長與人眼的很敏感的峰值波的很敏感的峰值波長（長（555nm555nm）是很）是很接近的，因此可用接近的，因此可用于與人眼有關的儀于與人眼有關的儀器。器。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 紅外區光敏電阻的光譜特性注明：此特性與所用材料的光譜響應、制造工藝、摻雜濃度和使用的環境溫度有關。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research uCdSCdS光敏電阻：光敏

10、電阻：峰值響應波長0.52um，摻銅或氯時峰值波長變長，光譜響應向紅外區延伸，其亮暗電導比在10lx照度上可達1011(一般約為106)，其時間常數與入射光強度有關，100lx下可達幾十毫秒。是可見光波段最靈敏的光敏電阻。uPbSPbS光敏電阻：光敏電阻：響應波長在近紅外波段，室溫下響應波長可達3um，峰值探測率D*=1.51011cmHz1/2/w。缺點主要是響應時間太長，室溫條件下100-300uS。內阻約為1M，u銻化銦（銻化銦（InSbInSb）光敏電阻：）光敏電阻：長波限7.5um，內阻低（約50），峰值探測率D*=1.21011cmHz1/2/w。時間常數0.02uS。零度時探測率

11、可提高2-3倍。u碲鎘汞HgCdTe系列光敏電阻。其性能優良，最有前途的光敏電阻。不同的Cd組分比例，可實現1-3um,3-5um,8-14um的光譜范圍的探測。例如Hg0.8Cd0.2Te響應在大氣窗口8-14um，峰值波長10.6um，Hg0.72Cd0.28Te 響應波長在3-5um.u碲錫鉛（碲錫鉛（PbSnTePbSnTe）系列光敏電阻：）系列光敏電阻：不同的錫組分比例，響 應波長不同。主要用在8-10um波段探測 ，但探測率低，應用不廣泛。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research RPURLULI 忽略暗電導Gd(

12、暗電阻很大)： G=Gp=SgE或G=Sg 即 對R求導得到 負號表示電阻是隨溫度的增加而減小。當光通量變化時，電阻變化Rp，電流變化I，即有： 即 ESRg1ESRRg2ppLbRRRUII2pLbppLbppLbRRURRRURRRUI22pLbgpRRUSRI 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research URLULI輸出電壓LpLbgppLLbpLRRRUSRRRRURU222 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research R12k中心站放大器VDW6VR2200

13、kR3PbSC168nFC268uFR43.9MR5820kR71kR832kR63.9kR9150kC44.7nF+ C3 100uFV1V2V3PbS光敏電阻：Rd=1M, Rl=0.2M，峰值波長2.2um。恒壓偏置電路高輸入阻抗放大電路Vo 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 快門按鈕驅動單元UthURUth=?UR=?+_ARp210kRp110kR2300R15.1kC11uFMVDVRCdSUbb 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research CK

14、VDRCdS常閉燈220V半波整流測光與控制執行控制 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 分類 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電池是一種利用光生伏特效應制成的不需加偏光電池是一種利用光生伏特效應制成的不需加偏壓就能將光能轉化成電能的光電器件。壓就能將光能轉化成電能的光電器件。 1、金屬-半導體接觸型（硒光電池）基本結構2、PN結型NP)(

15、電極)(電極入射光線幾個特征： 1、柵狀電極 2、受光表面的保護膜 3、上、下電極的區分符號符號 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 1、光照特性伏安特性伏安特性硅光電池工作在第四象限，若工作在反偏置狀態，則伏安特性將近伸到第三象限。由光電池的電流方程： Rs很小，可忽略，上式變為：RsRLVDIpI+ILRLVDILIp=SgE1kTRIVqspLsLeIII1kTqVspLeIII1kTqVsgLeIESI 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 1、

16、光照特性負載電流負載電流ILERL1RL2RL3RL4RL4RL5RL=RL=0Voc1Voc5Isc1Isc2Isc3Isc4Is當IL=0時 一般IpIs, 當RL=0時，Isc=Ip=SgE下面看兩個關系：下面看兩個關系：1kTqVsgLeIESI當E=0時 1kTqVsLeII1lnspocIIqkTVspocIIqkTVln 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 02000 40006000800010000123454 . 03 . 02 . 01 . 0scIocU)/(2cmmAIsc)(VUoc)(LxE1

17、、Voc，Isc與E的關系： 當IL=0，RL=時 一般IpIs,且Ip=SgE 用于光電池檢測當V=0，RL=0時， 1lnspocIIqkTV1lnsgocIESqkTVESIIgpsc 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 2、Isc與E和RL的關系：RL=120RL=2.4kRL=12kE/lxJ/uAmm2 當RL=0時， Isc=Ip=SgE 當RL不為0時 RLVDIL 為什么RL的增加會使光電流減小？1kTqVsgLeIESI 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectron

18、ics research 光電池光照特性特征1、Voc與光照E成對數關系；典型值在0.45-0.6V。作電 源時，轉化效率10%左右。最大15.5-20%。2、Isc與E成線性關系，常用于光電池檢測， Isc典型值 35-45mA/cm2。2、RL越小，線性度越好，線性范圍越寬。3、光照增強到一定程度，光電流開始飽和，與負載 電阻有關。負載電阻越大越容易飽和。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 2、輸出特性RL/0 100 200 300 400 500Voc/VIsc/mA400200 010080400PLVocIL

19、RMUL隨RL的增大而增大，直到接近飽和。RL小時IL趨近于短路電流Isc。在RL=RM時，有最大輸出功率，RM稱為最佳負載。光電池作為換能器件時要考慮最大輸出問題，跟入射光照度也有關。作為測量使用，光電池以電流使用。短路電流Isc與光照度成線性關系，RL的存在使IL隨光照度非線性的增加。RL增大，線性范圍越來越小。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 3、光譜特性 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 4、溫度特性Voc具有負溫度系數，其值約為2-3m

20、V/度。Isc具有正溫度系數，但隨溫度升高增長的比例很小，約為10-5-10-3mA/度T0 . 29 . 18 . 1200400600ocUscI)(mVUoc)(mAIsc200204060 80 100總結：總結：當光電池接收強光照時要考慮溫度升高的影響。如硅光電池不能超過200度。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電池與外電路的連接方式-10VVociC3DG62CR21k硅三極管的放大光電流電路-1

21、0VVociC3AX42CR鍺三極管的放大電路1k光電池作緩變信號檢測時的的變換電路舉例 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 硅三極管放大光電流的電路+4VVociC3DG7A2CR1k2AP7100+_VocRf2CR采用運算放大器的電路光電池的變換電路舉例 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 1 1太陽電池電源太陽電池電源 太陽電池電源系統主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調節控制和阻塞二極管組成。如果還需要向交流負載供電，則加一個直流交流變換器，太陽

22、電池電源系統框圖如圖。逆變器 交流負載 直流負載太陽能電池電源系統阻塞二極管 調節控制器太陽電池方陣 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research (a) 光電追蹤電路+12VR4R3R6R5R2R1WBG1BG2 圖 (a)為光電地構成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件。當入射光通量相同時，執行機構按預定的方式工作或進行跟蹤。當系統略有偏差時，電路輸出差動信號帶動執行機構進行糾正，以此達到跟蹤的目的。

23、光電池在檢測和控制方面應用中的幾種基本電路 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research BG2BG1+12VC J R1 R2(b) 光電開關 圖 (b)所示電路為光電開關，多用于自動控制系統中。無光照時，系統處于某一工作狀態，如通態或斷態。當光電池受光照射時，產生較高的電動勢，只要光強大于某一設定的閾值，系統就改變工作狀態，達到開關目的。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research (c) 光電池觸發電路R1R2R3R4R5R6BG1BG2BG3BG4C1C2C3+

24、12VW 圖 (c)為光電池觸發電路。當光電池受光照射時，使單穩態或雙穩態電路的狀態翻轉，改變其工作狀態或觸發器件(如可控硅)導通。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research +12V5G23(d) 光電池放大電路C3-12VWR1R2R3R4R5C1C218765432圖(d)為光電池放大電路。在測量溶液濃度、物體色度、紙張的灰度等場合，可用該電路作前置級，把微弱光電信號進行線性放大，然后帶動指示機構或二次儀表進行讀數或記錄。 在 實 際 應 用中，主要利用光電池的光照特性、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，通過基本電路與其它電

25、子線路的組合可實現或自動控制的目的。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 220VC1路燈CJD-108V200F200FC2C3100FR1R3R5R7R4R6R7R2J470k200k10k4.3kBG1280k25k57k10k路燈自動控制器路燈自動控制器BG2BG3BG42CR 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的分類： 按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結構分，有同質結與異質結之分。其中最典型的是同質結

26、硅光電二極管。 國產硅光電二極管按襯底材料的導電類型不同，分為2CU和2DU兩種系列。2CU系列以N-Si為襯底，2DU系列以P-Si為襯底。2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而2DU系列光電二極管有三條引線。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管與光電池的特性比較基本結構相同，由一個PN結；光電二極管的光敏面小，結面積小，頻率特性好，雖然光生電動勢相同,但光電流普遍比光電池小,為數微安。摻雜濃度：光電池約為1016-1019/cm3，硅光電二極管10121013/cm3，電阻率：光電池0.1-0.01/cm，

27、光電二極管1000/cm。1. 光電池零偏壓下工作，光電二極管反偏壓下工作。光電二極管的類型：光電二極管的類型：硅、鍺、PIN、APD 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的工作原理光電二極管的工作原理NP光+_外加反向偏壓符號 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的基本結構光電二極管的基本結構N環極前極N+N+P后極環型光電二極管的結構前級后級環級VARLh等效電路 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information opt

28、oelectronics research 光電二極管的伏安特性光電二極管的伏安特性IUOE2E1E0E0E1E3u加正向偏壓時， 表現為單向導電性。u作為光敏二極管使用時，需要加反向偏壓，當有光照時會產生光電流，且光電流遠大于反向飽和電流。u反向偏壓可以減小載流子的渡越時間和二極管的極間電容。反向偏壓較小時反向電壓達到一定值時。 uiO暗電流暗電流E = 200 lxE = 400 lx 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的光譜特性光電二極管的光譜特性1、光敏二極管在較小負載電阻下，光電流與入射光功率有較好的

29、線性關系。2、光敏二極管的響應波長與GaAs激光管和發光二極管的波長一致，組合制作光電耦合器件。3、光電二極管結電容很小，頻率響應高，帶寬可達100kHz。 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的溫度特性光電二極管的溫度特性 光電二極管的溫度特性主要是指反向飽和電流對溫度的依賴性，暗電流對溫度的變化非常敏感。暗電流/mA10 20305070T /C25 0504060 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectronics research 光電二極管的典型應用電路光電二極管的典型應用電路應用電路EhRLVoRL+EVoh 信息光電子研究所信息光電子研究所 Information optoelectr