光电导器件优秀PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2,*,2,1,第,2,章 光电导器件,主讲：扬州职业大学 电子工程系 贾湛,2012.1,贾湛制作,2,2,光电导器件又称,光敏电阻（,photovaristor,）,利用具有光电导效应的材料制成电导随入射光度量变化器件。,光敏电阻材料：硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等。,光电导效应,某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象。,符号,2,3,2.1,光敏电阻的原理与结构,本征型光敏电阻,本征半导体常用于可见光波段测量,杂质半导体常用于红外波段测量,杂质型光敏电阻,光照越强电阻越？,2,4,光敏电阻的基本结构,与电极间距平方成反比,弱光照下,强光照下,与电极间距,3/2,次方成反比，与光通量有关且是非线性的,因为增大受光面积，可以提高光电导；减小两极间距离可以提高光电灵敏度。所以就将光敏电阻的形状制造成蛇形。,2,5,光敏电阻的优缺点,光敏电阻优点：,1.,光谱响应相当宽。,2.,所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应。,3.,无极性之分，使用方便，成本低，寿命长。,4.,灵敏度高，工作电流大，可达数毫安。,光敏电阻缺点：,强光照射下线性较差，频率特性也较差。,2,6,3.,典型光敏电阻,（,1,）,CdS(,硫化镉,),光敏电阻,可见光区,CdS,光敏电阻的峰值响应波长为,0.52,m,，,CdSe(,硒化镉,),光敏电阻为,0.72,m,，一般调整,S,和,Se,的比例，可使,Cd,（,S,，,Se,）光敏电阻的峰值响应波长大致控制在,0.520.72,m,范围内。亮暗电导比可达,10,11,，一般为,10,6,被,广泛地应用,于灯光的自动控制，照相机的自动测光等。,2,7,（,2,）,PbS(,硫化铅,),光敏电阻,红外区,PbS,光敏电阻在,2m,附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾的探测等领域。,（,3,）,InSb(,锑化铟,),光敏电阻,红外区,InSb,光敏电阻是,35m,光谱范围内的主要探测器件之一。,（,4,）,Hg,1-x,Cd,x,Te,系列器件,红外区,它是目前所有红外探测器中性能最优良最有前途的探测器件。由,HgTe,（碲化汞）和,CdTe,两种材料混合制造，其中,x,标明,Cd,元素含量的组分,。不同,x,，,Eg,不同。一般组分,x,的变化范围为,0.180.4,，对应长波长的变化范围为,130m,。,2,8,光敏电阻分类,紫外光敏电阻器,：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。,红外光敏电阻器,：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。,可见光光敏电阻器,：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。,2,9,光敏电阻命名规则,第一部分：主称,第二部分：用途或特征,第三部分：序号,字母,含义,数字,含义,MG,光敏电阻器,0,特殊,序号，以区别该电阻器的外形尺寸及性能指标,1,紫外光,2,紫外光,3,紫外光,4,可见光,5,可见光,6,可见光,7,红外光,8,红外光,9,红外光,MG45-14,（可见光敏电阻器）,M,敏感电阻器,G,光敏电阻器,4,可见光,5-14,序号,例：,2,10,2.2,光敏电阻的基本特性,光敏电阻的基本特性参数包含光电导特性、时间响应、光谱响应、伏安特性与噪声特性等。,相关概念,暗电流：,无光时由热激发产生的载流子形成的电流,亮电流：,光照时电阻加上一定的电压所通过的电流,光电导：,光敏电阻由光照产生的电导,光电流：,由光照产生的电流,暗电阻和暗电导：,室温下，光敏电阻在全暗时的电阻和电导,亮电阻和亮电导：,光敏电阻在一定光照时的电阻和电导,2,11,光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。,1.,光电特性,弱光照下,强光照下,弱光照时光电导与光照是线性关系，则,一般情况下光电导与光照关系,光电阻：,强光时非线性,光照越强电阻越？,2,12,在对数坐标系中光敏电阻的阻值,R,在某段照度,E,V,范围内的光电特性近似表现为线性，即,保持不变。则有：,R,1,与,R,2,分别是照度为,E,1,和,E,2,时光敏电阻的阻值。,2,13,2.,光敏电阻伏安特性,在不同光照下加在光敏电阻两端的电压,U,与流过它的电流,I,p,的关系曲线，并称其为光敏电阻的伏安特性。图,2-5,所示为典型,CdS,光敏电阻的伏安特性曲线,。,图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。,2,14,3.,光敏电阻的,温度特性,以室温（,25,）的相对光电导率为,100%,，观测光敏电阻的相对光电导率随温度的变化关系，可以看出光敏电阻的相对,光电导率随温度的升高而下降,，光电响应特性随着温度的变化较大。这是因为温度越高，晶格振动对电流的阻碍就越大。,光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂的温度特性。,2,15,4.,光敏电阻的,时间响应,当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。,光敏电阻的时间响应（又称为惯性）比其他光电器件要,差,（惯性要大）些，频率响应要低些，而且具有特殊性。,2,16,1.,弱辐射作用情况下的时间响应,第一章推出（见,P21,）本征光电导器件在非平衡状态下光电导率,和光电流,I,随时间变化的为：,可推出：,T0,=0,T0,=,0,T,R,恒流,R,L,R,时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。然而，光敏电阻自身的阻值已经很高，再满足恒流偏置的条件就难以满足电路输出阻抗的要求，为此，可引入如下晶体管恒流偏置电路。,稳压管,D,W,将晶体三极管的基极电压稳定，即,U,B,=,U,W,，流过晶体三极管发射极的电流,I,e,为,恒流,恒流电路电压灵敏度为,电压灵敏度与光电阻有关,2,23,3.,恒压电路,在简单偏置电路中，当,R,L,R,时，流过光敏电阻的电压基本不变，此时的偏置电路称为恒压电路。然而这样不好为此，可引入如下晶体管恒压偏置电路。,恒压电路电压灵敏度为,电压灵敏度与光电阻无关,d,U,o,=,R,c,d,I,c,=,R,c,d,I,e,=,R,c,S,g,U,w,d,I,P,与,I,e,近似相等，因此，恒压偏置电路的输出电压为,恒压,2,24,在如图,2-13,所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为,12V,，,R,b,为,820,，,R,e,为,3.3k,，三极管的放大倍率不小于,80,，稳压二极管的输出电压为,4 V,，光照度为,40lx,时输出电压为,6V,，,80 lx,时为,8V,。（设光敏电阻在,30,到,100lx,之间的,值不变）,试求：,（,1,）输出电压为,7,伏的照度为多少勒克司？（,2,）该电路的电压灵敏度（,V/lx,）。,根据已知条件，流过稳压管,D,W,的电流,例,2-1,解,E,3,=54.45,（,lx,）,2,25,一、,照明灯的光电控制电路,如图,2-15,所示为一种最简单的由光敏电阻作光电敏感器件的照明灯光电自动控制电路。,在实际应用中常常要附加其他电路，如楼道照明灯常配加声控开关或微波等接近开关使灯在有人活动时照明灯才被点亮；而路灯光电控制器则要增加防止闪电光辐射或人为的光源（如手电灯光等）对控制电路的干扰措施。,2.4,光敏电阻的应用实例,当光照度小于一定值时继电器断开电路接通，照明灯亮,2,26,图,2-16,所示为采用光敏电阻为探测元件的火焰探测报警器电路图。,PbS,的暗电阻,1M,，亮电阻,0.2M,，峰值响应波长为,2.2,m,，恰为火焰的峰值辐射光谱。,二、火焰探测报警器,火灾时,R3,突然下降，电流跃变，经,C2,耦合送下面放大。,2,27,本电路是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发,VT1,导通，,VT2,的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制,三,.,光敏电阻式光控开关,以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面介绍其中一种典型电路。,2,28,图,2-17,所示为利用光敏电阻构成的照相机自动曝光控制电路，也称为照相机电子快门。,电子快门测光器件常采用与人眼光谱响应接近的硫化镉,(CdS),光敏电阻。,初始状态，比较器输出为低电平，三极管截止，电磁铁不吸合，开门叶片闭合。当按动快门时，测光与充电电路接通，这时，电容,C,两端的电压,U,C,为,0,，由于电压比较器的负输入端的电位低于正输入端而使其输出为高电平，使三极管,T,导通，电磁铁将带动快门的叶片打开快门，开始曝光。同时，电源,U,bb,向电容,C,充电，景物照度愈高光敏电阻,R,的阻值愈低，充电速度愈快。当电容,C,两端的电压,U,C,充电到一定的电位时，电压比较器的输出电压变低，快门叶片又重新关闭。,四、,照相机电子快门,2,29,2.1,试说明为什么本征光电导器件在越微弱信号的辐射下，时间响应越长，灵敏度越高。,习题,答：,微弱光静态电导灵敏度,这是平衡状态时的灵敏度。,动态时有,动态时的灵敏度,可见越大,Sg,越高,2,30,2.2,同一型号的光敏电阻来讲，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时间常数是否相同？为什么？在照度相同而温度不同时情况又会如何？,同一型号的光敏电阻，其材料性质一样，只是决定了量子效率,和,电子迁移率，而,不确定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异，决定了,值不同，所以光照度和环境温度只有要一个不同，其光电导灵敏度和时间常数都不相同。,解：,弱光,=1/,K,f,(,n,i,+,p,i,),称为载流子的平均寿命。,2,31,2.5,设某光敏电阻在,100lx,的光照下的阻值为,2K,，且已知它在,90120lx,范围内的,=0.9,。试求该光敏电阻在,110lx,光照下的阻值？,解：,g=S,g,E,R=1/S,g,E,R/R,0,=(E,0,/E),R=(E,0,/E),R,0,=(100/110),0.9,2=1.84K,2.6,已知某光敏电阻在,500lx,的光照下的阻值为,550,，在,700lx,的光照下的阻值为,450,。试求该光敏电阻在,550lx,和,600lx,光照下的阻值？,解：,=lg(R,2,/R,1,)/lg(E,1,/E,2,)=0.6,R,3,=(E,1,/E,3,),R,1,=(500/550),0.6,550=520,R,4,=(E,1,/E,4,),R,1,=(500/600),0.6,550=493,2,32,2.9,试判别下列结论，正确的在括号里填,T,，错误的填,F,。,（,1,）光电导器件在方波辐射的作用下，其上升时间大于下降时间。,（,2,）在测量某光电导器件的,值时，背景光照越强，其,值越小。,（,3,）光敏电阻的恒压偏置电路比恒流偏置电路的电压灵敏度要高一些。,（,4,）光敏电阻的阻值与环境温度有关，温度升高光敏电阻的阻值也随之升高。,（,5,）光敏电阻的前例效应是由于被光照过后所产生的光生电子与空穴的复合需要很长的时间，而且，随着复合的进行，光生电子与空穴的浓度与复合几率不断地减小，使得光敏电阻恢复被照前的阻值需要很长时间这一特性的描述。,光敏电阻的暗电阻与其检测前是否被曝光有关，这称为光敏电阻的,前例效应,。,