第六章探测技术.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 光电池的伏安特性曲线 从曲线可以看出，负载电阻RL所获得的功率为 其中，光电池输出电流IL 包括光生电流、扩散电流 与暗电流等三部分 RL U U1 Rs Rsh ish Cj iD i 光电池的等效电路 2）光电池的等效电路 --光电流 --二极管电流 --p-n结漏电流 Rsh---等效泄露电阻 Cj—结电容 Rs—引线管芯接触电阻 RL—负载电阻 Rsh很大， 很小，若不计 影响，则 若将RL短接，忽略RS的影响，则U1=0（二极管的压），iD=0。 则流过光电池的短路电流 就是光电流 表明：光电池在短路工作状态下，光电池的短路电流 与入射的光功率成正比 （ ） 在这状态下工作的光电池可用做光电探测器 3）短路电流和开路电压 负载电阻RL所获得的功率PL与负载电阻的阻值有关，当RL=0（电路为短路）时，U=0，输出功率PL=0；当RL=∞（电路为开路）时，IL=0，输出功率PL=0； 在短路和开路两种工作状态，光电池均无电功率输出， 当负载电阻为某一Rm时，才得到最大电输出功率Pm。 Rm称为特定照射光功率条件下最佳负载电阻，初略值 由 当RL趋近无穷大时，i=0，光电池输出电压U1即开路电压 4）光电池的工作特性 （1）光谱特性 光电池的光谱特性主要 由材料决定，材料不同， 光谱特性不同。 由图可见，Se光电池在可见光范围内具有高的灵敏度，峰值响应波长在500um左右。特别适用于可见光应用。 Si光电池的光谱响应范围要宽，峰值响应波长在850um 左右，可见光和近红外波段都有广泛应用。 （2）频率特性 对于光电池来说，由于载流子在p－n结区内的 扩散—漂移，产生与复合都要一定的时间。 光电池的频率特性一般说来不是太好，主要有 以下几个原因： 1）光敏面积一般做的较大，因而极间结电容cj较大， 则响应时间变大，给定RL， 2）光电池工作在第四象限，有较小的正偏压存在，所以光电池的内阻很低，而且随入射功率变化而变化。光功率很小时，内阻变大，频率特性变坏。 （3）温度特性 光电池的温度特性曲线主要指光照射光电池时 开路电压Voc与短路电流Isc随温度变化的情况。 开路电压与短路电流均随温度 而变化，它关系到应用光电池 的仪器设备的温度漂移，影响 到测量或控制精度等主要指标。 当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定， 或采取温度补偿措施 6.5 光电二极管 以光导模式工作的结型光伏探测器----光电二极管 它通常在反偏置条件下工作，即光电导工作模式， 它主要用于可见光以及红外光谱区。 可作光电二极管的材料很多，有Si，Ge，GaAs等， 但是目前常用的时Si光电二极管 i － + V 结构原理 工作原理 电路符号 小箭头表示正向电流的方向（普通整流二极管中规定的正方向），光电流的方向与之相反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 1）光电二极管的结构和原理 2）光电二极管的电流方程和伏安特性 在无辐射作用的情况下（暗室中），PN结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN结二极管的特性一样，如图所示。其电流方程为 光电二极管的伏安特性 ---暗电流或方向饱和电流 当光辐射作用到光电二极管上时 光电二极管的伏安特性 （1）光电二极管的灵敏度 定义光电二极管的电流灵敏度为入射到光敏面上辐射量的变化（例如通量变化dΦ）引起电流变化dI与辐射量变化之比。 必须指出，电流灵敏度与入射辐射波长λ的关系是复杂的，定义光电二极管的电流灵敏度时通常定义其峰值响应波长的电流灵敏度为光电二极管的电流灵敏度。 3）光电二极管的工作特性 （2）光谱响应 光电二极管的光谱响应定义为以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时，其响应程度或电流灵敏度与波长的关系称为其光谱响应。 典型硅光电二极管光谱响应长波限为1.1μm左右，短波限接近0.4μm，峰值响应波长为0.9μm左右。 （3）伏安特性 其中弯曲点 所对应的电压值 ---曲膝电压 为分析方便，经线性处理后的特性曲线如图。 为了保证输出电流和入射光功率之间呈线性关系，关键在于确定最佳负载电阻。 由图可见，当光信号功率由P’慢慢变化到P’’时，为使输 出光电流和入射光功率之间呈线性变化，负载线必须通 过M点右方。要使输出电压最大（保证线性关系最大）， 则负载线必须通过 点，此时可求处Umax 由此相对应的GL为 由图可知，在 段上的电流 N‘ Ｒi- -光电二极管的电流灵敏度； G--光电二极管的内电导，其值等于管子内阻的倒数； ＧＬ--负载电阻ＲＬ的倒数； g’--光电二极管的临界