光电技术复习第二章答案

　　第二章

　　光电导效应，代表器件—光敏电阻，特征：光敏电阻在微弱辐射作用下的光电导灵敏度与光敏电阻两个电极间距离的平方成反比，是以多子为主导参与导电

　　典型光敏电阻：

　　--CdS（硫化镉）光敏电阻，最常见，光谱响应最接近人眼光谱光视效率，在可见光波段灵敏度最高，

　　--PbS（硫化铅）光敏电阻，近红外波段最灵敏

　　--InSb（锑化铟）光敏电阻，InSb光敏电阻是3~5μm光谱范围内的主要探测器件之一 --Hg1-xCdxTe（碲镉汞）系列光电导探测器件，目前所有红外探测器中性能最优良最有前途的探测器件，尤其是对于4~8μm大气窗口波段辐射的探测更为重要

　　基本特性：

　　☆无光照时为暗态，此时材料具有暗电导；

　　☆有光照时为亮态，此时具有亮电导。

　　☆亮电导与暗电导之差称为光电导。

　　☆如果给半导体材料外加电压，通过的电流有暗电流与亮电流之分。 ☆亮电流与暗电流之差称为光电流。

　　gP?gL?gd

　　光电导光电流IP＝IL?Id

　　光电特性：总公式

　　IP?gpU?USgE??称为光电转换因子

　　--入射辐射较弱时，γ＝1，IP

　　--入射辐射很强时，γ＝0.5

　　光敏电阻阻值与光辐射的关系——?gPU?USgE IP1－??SgE??gp?SgE??R?E USg

　　取对数为，R?1

　　SgE－??lgR?－lgSg－?lgE

　　斜率为-γ的一条直线，??lgR1－lgR2

　　lgE2－lgE1

　　伏安特性

　　1、在给定偏压下，光照度较大，光电流也越大。

　　2、在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。

　　3、超过额定功耗，可能导致光敏电阻永久性损坏

　　温度特性

　　随着温度的升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向短波的方向移动

　　时间响应

　　光敏电阻的时延特性——当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零

　　前例效应——光敏电阻的暗电阻与其检测前是否被曝光有关

　　噪声特性

　　--热噪声（约翰逊噪声），存在于任何电阻中，与温度成正比，与频率无关，随调制频率升高而减小，与光敏电阻阻值成反比

　　--产生复合噪声，起伏

　　--低频噪声（1/f噪声或闪烁噪声），频率越低，噪声越大

　　光谱特性

　　--光谱响应主要与光敏材料的禁带宽度、杂质电离能、材料参杂比与杂质浓度有关。 --本征型光敏电阻常用于可见光的探测，杂质型光敏电阻常用于红外探测。

　　主要参数

　　略

　　电导响应度Sg?

　　光敏电阻特点 g光Ei

　　--优点，灵敏度高，工作电流大，光谱响应范围宽，所测光强范围宽，无极性之分 --缺点，响应时间长，频率特性差，强光线性差，受温度影响大

　　用途：主要用于红外的弱光探测与开关控制

　　光敏电阻变换电路

　　--基本偏置电路

　　IL?Ub

　　R?RL，（公式两边对R求导）

　　当输入光照度变化时，通过光敏电阻的变化ΔR而引起负载电流的变化ΔIL，有

　　dIL?

　　?R?

　　R

　　?Ub

　　?RL2

　　dR，

　　1

　　GL

　　?

　　?dGp1

　　，（光电流等于亮暗电流之差）?dR? 2

　　Gp?GdGp?Gd又?Sg?

　　Gp?dGp?SgdEV

　　???R2SgdEV ?Gp?SgEV，?dR?22

　　EVGp?GdGp?Gd?RL?dIL?

　　R

　　Ub

　　2

　　?R2SgdEV

　　光敏电阻的微变等效电路

　　原电路，等效电路，

　　iL?

　　UbR2Sg

　　?R?RL?

　　2

　　eV

　　RUbR

　　ip ip?URgp?SgeV，?iL?

　　R?RLR?RL

　　所以负载两端电压为UL

　　?RLiL?

　　R

　　UbR2

　　?RL2

　　SgeVRL

　　结论——输出电压信号与入射辐射成线性关系

　　恒流偏置电路

　　条件——负载电阻比光敏电阻大得多(RLR)

　　IL?Ub

　　R?RLUb?RL

　　引入晶体管的恒流电路——

　　?IE?UD?UBE

　　R2恒定电流，IE?IC

　　?d?Ub?ICR???ICdR ，?dUo?Uo?Ub?ICR（对两边求导）

　　又?dR??R2SgdEV

　　?dUo?ICR2SgdEV?UD?UBE2RSgdEV R2

　　uo?UD?UBE2RSgeV R2

　　?UoUD?UBE2?RSg 电压灵敏度，?SV??ER2

　　结论：电路的电压灵敏度与光敏电阻阻值的平方成正比，与光电导灵敏度也成正比

　　恒压偏置电路

　　条件——负载电阻比光敏电阻小得多(RLR)

　　UO?0，结论：光敏光阻上的电压UR近似与电源电压Ub相等

　　三极管实现恒压电路

　　?UE?UD?UBE恒定电压

　　?dUO?d?Ub?ICR2???R2dIC

　　?dIC??UD?UBEdR R2

　　?2??RSgdEV? ??UD?UBE?dUO??R2????R2?

　　??R2Sg?UD?UBE?dEV??

　　则uO??R2Sg?UD?UBE?eV

　　结论：电路的输出电压与光敏电阻的阻值R无关，与光电导灵敏度Sg成正比，与入射辐射成线性关系

　　光敏电阻应用举例

　　--照明灯的光电开关控制

　　工作原理：

　　1. 二极管D和电容C组成半波整流滤波电路，为光电控制电路提供直流电源

　　2. 电阻R、光敏电阻和继电器绕组组成测光与控制电路

　　3. 继电器常闭触头构成执行电路，它控制照明灯的开关

　　强光照时（白天），电阻值降低，通过光敏电阻的电流增大，继电器工作，常闭触头断开，路灯熄灭。

　　弱光照时，光敏电阻的阻值很大，电路中的电流很小，而不足以驱动继电器工作，常闭触头保持，路灯点亮。

　　--火焰探测报警电路

　　工作原理：光敏电阻接收到火光时，阻值突然变小，恒压偏置电路的输出从高电平突变为低电平，该跳变信号经过电容耦合输出给后级放大电路放大

　　--照相机电子快门

　　工作原理：R1/RW1/RW2/R/C1/S组成电压比较器，R/RW2/C1/S组成充电电路，决定曝光时间，R2/D/M/T组成执行电路。

　　在初始状态，开关处于图中所示的位置，运放的反相输入端的电压高于同相输入端的电压，运放输出低电平，T截止，电磁铁不吸合，开门叶片闭合。

　　当按动快门的按钮S时，电容两端的电压不能突变，所以C两端的电压为零，运放的反相输入端的电压低于同相输入端的电压，运放输出高电平，T导通，电磁铁吸合，开门叶片打开，照相机开始曝光。于此同时，电容C开始充电，运放反相输入端的电压开始上升，当电压上升至大于同相输入端电压时运放输出低电平，T截止，电磁铁失去吸合，开门叶片闭合，曝光结束。