第2章光电导器件..ppt

第2章 光电导器件 某些物质吸收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称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、硫化铅等）可以制成电导随入射光通量变化的器件，称为光电导器件或光敏电阻。 光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。 主要内容 2.1 光敏电阻的原理与结构 2.2 光敏电阻的基本特性 2.3 光敏电阻的变换电路 2.4 光敏电阻的应用实例 2.1 光敏电阻的原理与结构 2.1.1 光敏电阻的基本原理 2.1.2 光敏电阻的基本结构 2.1.3 典型光敏电阻 2、PbS光敏电阻 3、InSb光敏电阻 4、Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件 2.2 光敏电阻的基本特性 2.2.1 光电特性 2.2.2 伏安特性 2.2.3 温度特性 2.2.4 时间响应 非平衡状态下光电导率Δσ和光电流IΦ随时间变化的规律为 对应脉冲前沿，光敏电阻电导率的变化规律为： 2.2.5 噪声特性 光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频噪声(或称1/f噪声)。 2.2.6 光谱响应 光敏电阻的光谱响应主要由光敏材料禁带宽度、杂质电离能、材料掺杂比与掺杂浓度等因素有关。 2.3 光敏电阻的变换电路 2.3.1 基本偏置电路 2.3.2 恒流电路 2.3.3 恒压电路 2.3.4 例题 2.4 光敏电阻的应用实例 2.4.2 火焰探测报警器 2.4.3 照相机电子快门 思考题与习题 例2-2 在如图2-14所示的恒压偏置电路中，已知DW为2CW12型稳压二极管，其稳定电压值为6V，设Rb=1kΩ，RC=510Ω, 三极管的电流放大倍率不小于80，电源电压Ubb=12V，当CdS光敏电阻光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为11V,照度为450lx时输出电压为8V,试计算输出电压为9V时的照度（设光敏电阻在100~500lx间的γ值不变）为多少lx？ 照度到500lx时的输出电压为多少？ 解 分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足2CW12的稳定工作条件，三极管的基极被稳定在6V。 设光照度为150lx时的输出电流为I1，与光敏电阻的阻值R1，则 同样,照度为300lx时流过光敏电阻的电流I2与电阻R2为 R2=680Ω 由于光敏电阻在500到100lx间的γ值不变，因此该光敏电阻的γ值应为 当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为I3，阻值为R3，则 R3=900Ω 代入γ值的计算公式便可以计算出输出电压为9V时的入射照度E3 E3=196(lx) 由γ值的计算公式可以找到500lx时的阻值R4及 三极管的输出电流I4为 R4=214Ω I4=24.7(mA) 而此时的输出电压UO为 UO=Ubb－I4R4=6.7(V) 即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压为6.7V。 2.4.1 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。 它由3部分构成: 半波整流滤波电路 测光与控制的电路 执行电路 设使照明灯点亮的光照度为EV 继电器绕组的直流电阻为RJ，使继电器吸合的最小电流为Imin，光敏电阻的光电导灵敏度为Sg，暗电导go=0，则 显然，这种最简单的光电控制电路还有很多缺点，还需要改进。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。 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光敏电阻的暗电阻的阻值为1MΩ，亮电阻的阻值为0.2MΩ(幅照度1mw/cm2下测试)，峰值响应波长为2.2μm，恰为火焰的峰值辐射光谱。 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。 电子快门常用于电子程序快门的照相机中，其中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。照相机曝光控制电路是由光敏电阻R、开关K和电容C构成的充电电路，时间检出电路(电压比较器)，三极管T构成的驱动放大电路，电磁铁M带动的开门叶片（执行单元）等组成。 * 图2-1所示