光电子技术 张永林 第三章 光辐射探测器2.pptVIP

3.3.2 结型光电器件 3.3.2.1 基本原理 光电二极管用于精密测量和信号传递。但它灵敏度低，易受温度影响。宜用噪声低、输入阻抗高的场效应管作前置放大，并采用温度补偿。 3.3.2.4 光电三极管 光电三极管是在光电二极管PN结的基础上，增加一个发射结，对光电流放大。 有e、c两极引出线和e、c、b三极引出线的两种管子。后者若使用基极b，使光电三极管可同时加上电信号和光信号，进行双重控制，也可用来补偿温度变化，减小暗电流。 3DU型：NPN 3CU型：PNP 集电结反偏置，发射结正偏置 光电三极管的工作有两个过程：一是光电转换，二是光电流放大。 光电三极管可看作由一个硅光电二极管和普通晶体管组合而成。 一、基本特性 1.光照特性 灵敏度高，输出电流毫安级。 光照特性呈现出一定的非线性，在于β不是常数。特性曲线中部近似线性。 2.伏安特性 光电三极管的伏安特性与光电二极管类似，特性曲线稍有不同： 在零偏压时硅光电三极管没有光电流输出。 在一定的偏压下，硅光电三极管的伏安特性曲线在低照度下较均匀，在高照度时曲线越来越密。 用伏安特性曲线进行电路参数计算同光电二极管。 3.温度特性 光电三极管受温度的影响比光电二极管大得多。 4.频率特性 频率特性比光电二极管差。 二、基本电路 1.测量电路 光电三极管可看成是一个灵敏度高的光电二极管。光电流较大，使用较方便。用作测量时，其基本电路与光电二极管相同。 接电阻Rb，使rbe 减小并趋于稳定，可使暗电流及随温度的变化减小。 除用Rb 以外，还利用二极管进行温度补偿。Re作反馈电阻，可改善测量的线性。 利用基极引出线，形成基极偏流，减小了光电三极管的rbe ，还有利于提高频率特性。 2.控制电路 用无基极引出线的硅光电三极管作光控继电器。无光照时集电极电流基本为零，使继电器灵敏而准确地工作。 电流控制 电压控制 亮通电路 暗通电路 有斯密特触发器的光控电路 光线明暗渐变，达预定亮度继电器准确动作。 T2 、T3 组成斯密特触发电路，即射极耦合触发器。 斯密特触发器输入（Ui)、输出（Uo)之间的关系如图： 可见斯密特触发器能把渐变信号变为跃变信号，是双稳态电路，从而使继电器可靠地动作。 JEC-2是内含斯密特触发器的IC片。 当7脚电平上升，2脚电平突降 。 用JEC-2的暗通光电控制电路 3.3.2.5 光电场效应管 光电场效应管的结构与普通结型场效应管类似:有栅极、源极、漏极。 光入射于栅源PN结，产生光生栅电压。 △UGS 控制△ID,作用可等效为光电二极管与场效应管的组合。 基本电路 无光照时沟道被夹断， 有光入射光敏面时，光电流在栅电阻上产生压降 当 时，即有 使沟道开启的最小光照度为 光电场效应管可以通过改变RG的值调节光电灵敏度，这在实用中是很有意义的。 光电场效应管比光电二极管有更高的灵敏度，噪声低，灵敏度可以调节。但响应速度慢， 一般只适宜探测恒定或缓慢变化的光信号。 3.3.2.6 集成光电器件 随着半导体工艺的发展，出现了多种集成光电器件。 一、光电器件与放大器的组合器件 1.达林顿光电管 适于作光控继电器。 2.光电二极管前置放大器组件 适于光信号测量 二、列阵式光电器件 列阵式器件中，各光敏单元是独立的。 光敏元密集度大，总尺寸小，容易作到各单元参数一致，便于信号处理。 三、象限式光电器件 可以用来确定光点在二维平面上的位置坐标，用于准直、定位、跟踪或频谱分析等。 四、光电位置探测器（PSD） 可确定光斑的能量中心的位置。 对光斑位置连续测量，位置分辨率高，可同时检测位置和光强。 ⑴一维PSD * * 结型光电器件有N+P型 、P+N型，形成易受光照的PN结。 N+P型 P+N型 光照射PN结，产生光电动势。用导线连接P区和N区，就有电流通过。 结型光电器件等效于一个电流源和一个普通二极管的并联。 受光照射时 φ＝0， 伏安特性与普通二极管完全一样。 受光照射时，φ0 伏安特性曲线向下移动一距离Iφ。 第三象限：U0,I0,光敏二极管区域； 加反向偏压，光电导模式。 第四象限：U0,I0,光电池区域； 自供电，光伏工作模式。 U=0，短路情况，Isc与φ成线性关系。 I=0，开路情况，Uoc与φ成非线性关系。 光电池与光敏二极管虽然都是结型光电器件，但二者工作条件不同；在制造产品时，它们的结构、工艺及受光面积均不同；两者的性能指标不一样，不能相互通用。 3.3.2.2 光电池 主要有硒光电池、硅光电池、砷化镓光电池、锗光电池等。按用途可分为两大类： 太阳能光电池，要求转换效率高、成本低。 测量光电池，要求