光电技术知识_06发光器件与光电耦合器件.ppt

第六章 发光器件与光电耦合器件 ;发光二极管实物图;6.1 发光二极管的基本工作原理与特性 ; PN结的能带结构 ;1. PN结注入发光 ;2. 异质结注入发光 ;6.1.2 基本结构 ;2. 边发光二极管 ; （2）发光效率由内部量子效率与外部量子效率决定。;外部量子效率ηex：;2. 时间响应特性与温度特性 ;温度特性通常发光二极管的外部发光效率均随温度上升而下降。;3. 发光亮度与电流的关系 ;4. 最大工作电流 ;5. 伏安特性 ;6. 寿命 ;7. 光强分布;其机械轴与光轴往往并不重叠而在空间上具有夹角Δθ，LED的发光强度是光轴为基准关于角度θ的函数;半角宽度，光轴与机械轴偏向角的测量在实际应用中是非常重要的环节。因此，设计出多种测量设备。天津市耀辉光电技术有限公司生产的LEDA-Ⅱ型发光角度特性测试仪为其最佳产品。它能够同时测量“偏向角”、“半角”和LED正、反向电流、电压等特性参数。;6.1.4 驱动电路 ;6.2 发光二极管的应用 ;6.3半导体激光器;6.3.1半导体激光器的发光原理;b:受激辐射;c:受激吸收;三种量子跃迁的区别与联系;d：非辐射跃迁;这样才能得到激光？;产生粒子数反转分布的方法：;3.谐振腔;Ec;稳定工作的条件：;在腔内传播的平面波：;结论：每个整数m都对应一个频率或一个震荡的纵模模式;LD的发光过程：;二、SLD的主要结构;6.4 光电耦合器件 ;1. 光电耦合器件的结构 ; 光电耦合器件的电路符号如图6-29所示，图中的发光二极管泛指一切发光器件，图中的光电二极管也泛指一切光电接收器件。 ; 图中（d）反光型光电耦合器，LED和光电二极管封装在一个壳体内，两者发射光轴同接收光轴夹一锐角，LED发出的光被测物体反射，并被光电二极管接收，构成反光型光电耦合器。 图中（e）为另一种反光型光电耦合器，LED和光电二极管平行封装在一个壳体内，LED发出的光可以在较远的位置上放置的器件反射到光电二极管的光敏面上。显然，这种反光型光电耦合器要比成锐角的耦合器作用距离远。 图中（f）DIP封装形式的光电耦合器件。这种封装形式的器件有多种，可将几组光电耦合器封装在一片DIP中，用作多路信号隔离传输。 ;3. 光电耦合器件的特点 ;6.4.2 光电耦合器件的特性参数 ; 因此该点的电流传输比为 βQ=ICQ/ IFQ╳100% （6-19） 如果工作点选在靠近截止区的Q1点时，虽然发光电流IF变化了ΔIF，但相应的ΔIC1，变化量却很小。这样，β值很明显地要变小。同理，当工作点选在接近饱和区Q3点时，β值也要变小。这说明工作点选择在输出特性的不同位置时，就具有不同的β值。;用β来表示。即 β=ΔIc/ΔIF╳100% (6-20) 对于输出特性线性度做得比较好的光电耦合器件，β值很接近值。在一般的线性状态使用中，都尽可能地把工作点设计在线性工作区；对于开关使用状态，由于不关心交流与直流电流传输比的差别，而且在实际使用中直流传输比又便于测量，因此通常都采用直流电流传输比β。 光电耦合器件的电流传输比与三极管的电流放大倍数都是输出与输入电流之比值，但有本质的差别。光电耦合器件内的输入电流使发光二极管发光，光电耦合器件的输出电流是光电接收器件（光电二极管或光电三极管）接收到的光产生的光电流，可用αIF表示，其中α与发光二极管的发光效率、光敏三极管的增益及二者之间距离等参数有关的系数，通常称为光激发效率。 ; 图6-32所示为光电耦合器件的电流传输比β随发光电流IF的变化曲线。在IF较小时，耦合器件的光电接收器件处于截止区，因此β值较小；当IF变大后，光电接收器件处于线性工作状态，β值将随IF增加，而后，IF再增大，β反而会变小，因为发光二极管发出的光不总与电流成正比。图6-33是β随环境温度的变化曲线。 ; (2) 输入与输出间的寄生电容CFC 这是输入与输出端之间的寄生电容。当CFC变大时，会使光电耦合器件的工作频率下降，也能使其共模抑制比CMRR下降，故后面的系统噪音容易反馈到前面系统中。对于一般的光电耦合器件，其CFC仅仅为几个pF，一般在中频范围内都不会影响电路的正常工作，但在高频电路中就要予以重视了。;;2.隔离特性 ;3.光电耦合器件的抗干扰特性 ;(2)光电耦合器件抑制干扰噪声电平的估算 ; U(t)=A/2+ (2 A/π) cos2πFt－ (2 A/3π) cos2π3Ft+ (2 A/5π) cos2π5Ft…