光生伏特器件.PPT

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 伏安特性 光敏晶体管伏安特性曲线 光敏晶体管在偏置电压为零时，无论光照度有多强，集电极电流都为零。 必须在一定的偏置电压作用下才能工作。偏置电压要保证光敏晶体管的发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。 应使光敏晶体管工作在偏置电压大于5 V的线性区域。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 时间响应（频率特性） 光敏晶体管时间响应与集电流的关系曲线 一方面在工艺上设法减小结电容Cbe、Cce；另一方面要合理选择负载电阻RL，尤其在高频应用的情况下应尽量降低负载电阻RL。 增大输出电流可以减小时间响应，提高光敏晶体管的频率响应。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 温度特性 光敏二极管、光敏晶体管温度特性曲线 光敏晶体管亮电流IL随温度的变化要比光敏二极管快。由于暗电流的增加，使输出的信噪比变差，不利于弱光信号的检测。在进行弱光信号的检测时应考虑温度对光电器件输出的影响，必要时应采取恒温或温度补偿的措施。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 光谱响应 光敏晶体管的光谱特性曲线 对于光敏二极管，减薄PN结的厚度可以使短波段波长的光谱响应得到提高，因为PN结的厚度变薄后，长波段的辐射光谱很容易穿透PN结，而没有被吸收。短波段的光谱容易被减薄的PN结吸收。因此，利用PN结的这个特性可以制造出具有不同光谱响应的光生伏特器件。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 4、色敏光生伏特器件 利用不同结深PN结光敏二极管对不同波长光谱灵敏度的差别，实现对彩色光源或物体颜色的测量。PN结深，对长波光谱辐射的吸收增加，长波光谱的响应增加，而PN结浅对短波长的响应较好。 a)结构示意图 b)等效电路 图3-27 双结光敏二级管色敏器件 图3-28 双结光敏二极管的光谱响应 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 双结光敏二极管只能通过测量单色光的光谱辐射功率与黑体辐射相接近的光源色温来确定颜色。用双结光敏二极管测量颜色时，通常测量两个光敏二极管的短路电流比（Isc2/Isc1）与入射波长的关系。 短路电流比与入射波长的关系 非晶态硅集成全色色敏传感器的结构示意图 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 典型硅集成三色色敏器件的颜色识别电路框图 从标准光源发出的光，经被测物反射，投射到色敏器件后，R、G、B三个光敏二极管输出不同的光电流，经运算放大器放大、A/D转换，将变换后的数字信号输入到微处理器中。微处理器进行颜色识别与判别，并在软件的支持下，在显示器上显示出被测物的颜色。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 5、光生伏特器件组合件 光生伏特器件组合件是在一块硅片上制造出按一定方式排列的具有相同光电特性的光生伏特器件阵列。具有光敏点密集，结构紧凑，光电特性一致性好，调节方便等优点，而且它独特的结构设计可以完成分立元件所无法完成的检测工作。它广泛应用于光电跟踪、光电准直、图像识别和光电编码等方面。 主要有硅光敏二极管组合件、硅光敏晶体管组合件和硅光电池组合件。它们分别排列成象限式、阵列式、楔环式和按指定编码规则组成的阵列方式。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 象限阵列式组合件 a）二象限器件 b）四象限器件 c）八象限器件 象限阵列光生伏特器件组合件示意图 a）光斑中心位置示意图 b）二象限检测电路 光斑中心位置的二象限检测电路 一维 两象限 二维 四象限 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 和差电路 四象限组合器件的和差检测电路 u1、u2、u3、u4分别为四个象限输出的信号电压经放大器放大后的电压值；ux、uy分别表示光斑在x方向和y方向偏离四象限组合器件中心（O点）的情况。 当四象限组合器件的坐标线与基准线成0O 时，常采用。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 直差电路 四象限组合器件的直差电路 当四象限组合器件的坐标线与基准线成 时，常采用。 电路简单，但是灵敏度和线性等特性相对较差。 第3章 光电检测器件 二、光生伏特器件 由于器件本身有明显缺陷，所以测量精度受到一定限制： 光刻分割区将产生盲区，盲区会使微小光斑的测量受到限制。 若被测光斑全部落入某一个象限光敏区，输出信号