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第2章 光电导器件 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、氧化铅等）可以制成电导随入射光度量变化器件，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。 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 对于本征光电导器件在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： 光电导率和光电流随时间变化的规律为： 光敏电阻电导率的变化规律为： 光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频噪声。 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 举例 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 设在某照度Ev下，光敏电阻的阻值为R，电导为g，流过偏置电阻RL的电流为IL 用微变量表示： 而dR=-R2SgdEv，因此： （2-20） 设iL=dIL，ev=dEv，则： 加在光敏电阻上的电压为R与RL对电压Ubb的分压，即UR=R/(R+RL) Ubb，因此，光电流的微变量为： 将式（2-22）代入式（2-21）得： （2-21） （2-22） （2-23） 偏置电阻RL两端的输出电压为： 从式（2-24）可以看出，当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐射入射辐射量（照度ev）成线性关系。 （2-24） 在简单偏置电路中，当RL?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，可引入如图2-13所示的晶体管恒流偏置电路。 稳压管DW将晶体三极管的基极电压稳定，即UB=UW，流过晶体三极管发射极的电流Ie 为： （2-25） 在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为 ： 求微分得： 将 代入（2-27）得： （2-27） （2-26） 或 显然，恒流偏置电路的电压灵敏度SV为： （2-28） （2-29） （2-30） 利用晶体三极管很容易构成光敏电阻的恒压偏置电路。如图2-14所示为典型的光敏电阻恒压偏置电路。 光敏电阻在恒压偏置电路的情况下输出的电流IP与处于放大状态的三极管发射极电流Ie近似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为： 取微分，得到输出电压的变化量为： dUo=－RcdIc=－RcdIe= RcSgUwdφ 例2-1 在如图2-13所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V，Rb为820Ω，Re为3.3kΩ，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）。 解 根据已知条件，流过稳压管DW的 电流： 满足稳压二极管的工作条件 （1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值 将Re1与Re2值代入γ值计算公式，得到光照度在40~80lx之间的γ值 输出为7V时光敏电阻的阻值应为： 此时的光照度可由γ值计算公式获得： E3=54.45（lx） （2）电路的电压灵敏度SV： 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