第四章--光电检测技术——热电器件.ppt

当⊿T 较小时， 热释电系数 P =dPS /T ，可看成常数 ⊿V 正比于温度的变化速度 dT / dt ⊿V 不取决于晶体与辐射是否达到 热平衡。 作 业 1．辐射度量与光度量的根本区别是什么？ 2．试举例说明辐射出射度Me与辐射照度Ee是 两个意义不同的物理量。 3．一台氦氖激光器发出波长为0.6328 μm的激光束，其功率为3mW，光束平面发散角为0.02 m rad，放电毛旧管直径为1mm，试求： （1）当V0.6328=0.4时，此光束的辐射通量、 光通量、发光强度、光出射度各为多少？ （2）若将其投影到6m远处的屏幕上，屏幕的 光照度为多少？ 4．已知本征硅材料的禁带宽度Eg＝1.2 eV，求 该材料的本征吸收长波限。 5．若已知光生伏特器件的光电流为300μA、暗 电流为1μA，试计算它的开路电压。 第三章 、 第四章 1．光电检测器件和热电检测器件主要包括哪些 常用的器件？它们的特点各是什么？ 2．光电检测器件的主要内部噪声有哪些？ 3．某一干涉测振仪的最高频率为20MHz，选用 探测器的时间常数应大于多少？ 4．探测器的D*=1011 ，探测器光敏面的 直径为0.5cm，用于的光电仪器中，它能探测 的最小辐射功率为多少？ 在交流辐射信号作用下，热电偶的灵敏度S为 (4-23) 由 (4-22)式可见，在直流辐射下，提高热电偶的响应率最有效的办法： 选用塞贝克系数M12较大的材料， 增加辐射的吸收率α， 减小内阻Ri， 减小热导G等,但τT=CQ /G变大。 由(4-23)式可见，在交流辐射信号的作用下，提高热电偶交流响应率最有效的办法： 降低工作频率， 减小时间常数τT。 但是，热电偶的响应率与时间常数是一对矛盾（尤其是在直流辐射或低频时），应用时只能兼顾。 2. 响应时间 热电偶的响应时间约为几毫秒到几十毫秒左右，比较大，在BeO衬底上制造Bi-Ag结热电偶有望得到更快的时间响应，响应时间可达到或小于10-7s。 3. 最小可探测功率Pmin（或NEP） 取决于探测器的噪声，主要有热噪声和温度噪声，电流噪声几乎被忽略。半导体热电偶的 NEP＝ 10-11W 左右。 三、热电堆探测器 为了减小热电偶的 响应时间 提高灵敏度，常把 辐射接收面分为若 干块，每块都接一 个热电偶，并把它 们串联（热容变小）。 1. 热电堆的灵敏度St 式中，n为热电堆中热电偶的对数（或PN结的个数），S为热电偶的灵敏度。 热电堆的响应时间常数为 式中, 为热电堆的热容量， 为热电堆的热阻抗。 从上二式可看出：若使高速化和提高灵敏度两者并存，就要在不改变 的情况下减小热容 。热阻抗由导热通路的长和热电堆以及膜片的剖面面积比决定。 四、使用热电偶的注意事项 （1）不许强辐射照射，Φmax几十微瓦 （2）电流100μA，一般在1μA以下，不要用万用表来检查热电偶的好坏。 （3）保存时将两端短路，并防强烈振动 （4）防止感应电流，尤其是电火花。 （5）使用的环境温度不要超过60℃ 。 第三节 热敏电阻 一、热敏电阻及其特点 凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻改变，导致负载电阻两端电压的变化，并给出电信号的器件叫做热敏电阻。 相对于一般的金属电阻，热敏电阻具备特点： ①热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一般金属电阻大10～100倍。 ②结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。 ③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。 ④阻值与温度的变化关系呈非线性。 ⑤不足之处是稳定性和互换性较差。 大部分半导体热敏电阻由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成。多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下降。 由于这个原因，限制了它在高温情况下的使用。 二、热敏电阻的原理、结构及材料 半导体材料对光的吸收除了直接产生光生载流子的本征吸收和杂质吸收外，还有不直接产生载流子的晶格吸收和自由电子吸收等，并且不同程度地转变为热能，引起晶格振动的加剧，器件温度的上升，即器件的电阻值发生变化。 热敏电阻的特点： 由于热敏电阻的晶格吸收，对任何能量的辐射都可以使晶格振动加剧，只是吸收不同波长的辐射，晶格振动加剧的程度不同而已，因此，热敏电阻无选择性地吸收各种波长的辐射，可以说它是一种无选择性的光敏电阻。 具有正温