第二章光电导器件-课件.ppt

1、 第二部分第二部分 光电探测器光电探测器第第2 2章章 光电导器件光电导器件第第3 3章章 光生伏特器件光生伏特器件第第4 4章章 光电发射器件光电发射器件知识回顾知识回顾提问：什么是半导体光电效应？提问：什么是半导体光电效应？半导体材料吸收光子能量，输出电信号的现象。半导体材料吸收光子能量，输出电信号的现象。hvgE提问：半导体光电效应的分类？提问：半导体光电效应的分类？光电效应光电效应gAthhvEEEgAgEEhvE知识回顾知识回顾外光电（光电发射）效应外光电（光电发射）效应 发射体外自由电发射体外自由电子，增加光电流子，增加光电流内光电效应内光电效应光电导光电导效应效应增加体内自由电增

2、加体内自由电子，增大电导率子，增大电导率光生伏光生伏特效应特效应增加结内自由电增加结内自由电子浓度，产生光子浓度，产生光生电压生电压光电发射器件光电发射器件光电导器件光电导器件光生伏特器件光生伏特器件 第第2 2章章 光电导器件光电导器件 光敏电阻光敏电阻 半导体光电导器件是利用半导体材料的半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导光电导效应效应制成的光电探测器。制成的光电探测器。当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的增大载流子浓度的增大，因而导致，因而导致材料电导率增大材料电导率增大的的现象，称为光电导效应。现象，称为光电导效应。提问：

3、什么是光电导效应？提问：什么是光电导效应？一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理提问：发生光电导效应的条件是什么？提问：发生光电导效应的条件是什么？（1 1）本征吸收）本征吸收hEgLgg1.24()hcmEE一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理电子能量电子能量导带导带价带价带禁带禁带EvEgEc提问：发生光电导效应的条件是什么？提问：发生光电导效应的条件是什么？（2 2）杂质吸收）杂质吸收LD1.24()mELA1.24()mE一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理电子能量电子能量导带导带价带价带施主能级施主能级EvEdEdEc一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理

4、 在在均质均质的的光电导体两端加上光电导体两端加上电极后构成光敏电阻电极后构成光敏电阻，两电极加，两电极加上一定电压后，当光照射到光电上一定电压后，当光照射到光电导体上，导体上，由光照产生的光生载流由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向子在外加电场作用下沿一定方向运动运动，在电路中产生电流，达到，在电路中产生电流，达到光电转换的目的。光电转换的目的。一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理 在在均质均质的的光电导体两端加上光电导体两端加上电极后构成光敏电阻电极后构成光敏电阻，两电极加，两电极加上一定电压后，当光照射到光电上一定电压后，当

5、光照射到光电导体上，导体上，由光照产生的光生载流由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向子在外加电场作用下沿一定方向运动运动，在电路中产生电流，达到，在电路中产生电流，达到光电转换的目的。光电转换的目的。一、光敏电阻的工作原理一、光敏电阻的工作原理（1 1）本征型半导）本征型半导 体光敏电阻体光敏电阻（2 2）杂质型半导）杂质型半导 体光敏电阻体光敏电阻L1.24()mELgg1240()hcnmEE根据半导体材料的分类，光敏电阻有两种类型根据半导体材料的分类，光敏电阻有两种类型结论：掺杂型光敏电阻对红外波段较为敏感。结论：掺杂型光敏电阻对红外波段较为敏感。二、光敏电阻的基本结构二、光

6、敏电阻的基本结构提问：光敏电阻的电导率与入射光辐射之间有怎提问：光敏电阻的电导率与入射光辐射之间有怎 样的关系？样的关系？2,d(1)ddgegqSehcl（1 1）在微弱辐射作用下）在微弱辐射作用下,2(1)deqgehcl,2eCgl二、光敏电阻的基本结构二、光敏电阻的基本结构提问：光敏电阻的电导率与入射光辐射之间有怎提问：光敏电阻的电导率与入射光辐射之间有怎 样的关系？样的关系？（2 2）在强辐射作用下）在强辐射作用下1122,3(1)defbdgqeh K l12,32eCgl结论：为了提高光敏电阻的光电导灵敏度，要尽可能地结论：为了提高光敏电阻的光电导灵敏度，要尽可能地缩短光敏电阻两

7、电极间的距离。缩短光敏电阻两电极间的距离。二、光敏电阻的基本结构二、光敏电阻的基本结构提问：由以上结论，我们是否可认为光敏电阻做提问：由以上结论，我们是否可认为光敏电阻做得越小越好？得越小越好？光敏电阻结构设计的基本原则光敏电阻结构设计的基本原则：要尽可能地缩：要尽可能地缩短光敏电阻两电极间距短光敏电阻两电极间距l l，同时要尽量增大光敏，同时要尽量增大光敏面的面积。面的面积。二、光敏电阻的基本结构二、光敏电阻的基本结构 光敏电阻结构设计的基本原则光敏电阻结构设计的基本原则：要尽可能地缩：要尽可能地缩短光敏电阻两电极间距短光敏电阻两电极间距l l，同时要尽量增大光敏，同时要尽量增大光敏面的面积

8、。面的面积。三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性12,egC,gegS提问：光敏电阻的光电导与入射辐射间的关系？提问：光敏电阻的光电导与入射辐射间的关系？弱辐射弱辐射 强辐射强辐射？一般辐射一般辐射,egCE三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性 光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的载流子使它具有的电导，称为载流子使它具有的电导，称为暗电导暗电导。暗电导值很小

9、。暗电导值很小。提问：光敏电阻的在明亮室温下的总电导？提问：光敏电阻的在明亮室温下的总电导？,pDeDgggCEg亮电导亮电导 其中，其中，为暗电导；为暗电导；为亮电导；为亮电导；为光电导，单为光电导，单位为位为“西门子西门子”，简称，简称“西西”，符号为，符号为S S。pDggggDg三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性提问：将光敏电阻接入恒压电路中，在由弱到强的提问：将光敏电阻接入恒压电路中，在由弱到强的单色辐射作用下，流过光敏电阻的电流、光敏电阻单色辐射作用下，流过光敏电阻的电流、光敏电阻的阻值

10、与入射照度有怎样的关系？的阻值与入射照度有怎样的关系？在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的亮电流为：在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的亮电流为：,pDpDeDIIIg Ug UUCEg U三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流为：在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流为：,ppeIg UUCE三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流为：

11、在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流为：,ppeIg UUCE当照度范围为当照度范围为 时，时，此时此时,光电流为光电流为141010 lx1,pgepIUS Eg U三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性光敏电阻的光电阻阻值为光敏电阻的光电阻阻值为,1peREC作对数变换作对数变换,lg()lglgpeREC 三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性,lg()lglgpeREC 当照度在一定范围时，当照度在一

12、定范围时，保持不变保持不变值为对数坐标下特值为对数坐标下特性曲线的斜率。即性曲线的斜率。即 三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性1 1、光电特性、光电特性输出电信号随输入光照变化的特性输出电信号随输入光照变化的特性值为值为:Rp1与与Rp2分别是照度为分别是照度为E1和和E2时光敏电阻的阻值时光敏电阻的阻值。1221lglglglgppRREE1lgE2lgE1lgpR2lgpR三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性练习练习1 1：已知某光敏电阻在：已知某光敏电阻在500lx500lx的光照下阻值为的光照下阻值为550550，而在而在700lx700lx的光照下的阻值为的光照下的

13、阻值为450450，试去，试去求该光敏电阻在求该光敏电阻在550lx光照下的阻值？（光照在光照下的阻值？（光照在500700lx下下值保持不变）值保持不变）三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性2 2、伏安特性、伏安特性在不同光照下加在光敏电阻两端的在不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻电流的关系电压与流过光敏电阻电流的关系PUIR提问：若光照恒定，光敏电阻的伏安特性曲线如何？提问：若光照恒定，光敏电阻的伏安特性曲线如何？三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性2 2、伏安特性、伏安特性在不同光照下加在光敏电阻两端的在不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻电流的关系

14、电压与流过光敏电阻电流的关系提问：在不同光照下，光敏电阻的伏安特性曲线如何？提问：在不同光照下，光敏电阻的伏安特性曲线如何？Dg三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性练习练习2 2：设某只：设某只CdSCdS光敏电阻的最大功耗为光敏电阻的最大功耗为30mW30mW，光，光电导灵敏度为电导灵敏度为 ,暗电导为暗电导为0 0。试求当。试求当光敏电阻上的偏置电压为光敏电阻上的偏置电压为20V20V时的极限照度。时的极限照度。60.5 10/S lx三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性3 3、时间响应、时间响应光敏电阻受光照时，载流子产生或光敏电阻受光照时，载流子产生或消失需要的时间，也

15、称迟豫时间消失需要的时间，也称迟豫时间00(0)()(0)eettt提问：如何来确定光敏电阻的响应时间？提问：如何来确定光敏电阻的响应时间？设入射弱辐射满足：设入射弱辐射满足：光电流随时间的变化规律光电流随时间的变化规律0()(1)rtI tIe三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性3 3、时间响应、时间响应光敏电阻受光照时，载流子产生或光敏电阻受光照时，载流子产生或消失需要的时间，也称迟豫时间消失需要的时间，也称迟豫时间提问：如何来确定光敏电阻的响应时间？提问：如何来确定光敏电阻的响应时间？上升时间：光敏电阻光电流上上升时间：光敏电阻光电流上升到稳态值的升到稳态值的63%63%所需要的

16、时间。所需要的时间。下降时间：在辐射停止后，光敏下降时间：在辐射停止后，光敏 电阻的光电流下降到稳态值的电阻的光电流下降到稳态值的37%37%所需要的时间。所需要的时间。0()(1)rtI tIe0()rtI tI e下上三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：什么是噪声？提问：什么是噪声？tO()i ti平均01()TIii t dtT平均直流信号值：直流信号值：这种随机的、瞬间这种随机的、瞬间的幅度不能预先知道的的幅度不能预先知道的起伏，称为噪声。起伏，称为噪声。三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：这种瞬时、随机的

17、起伏用什么量值表示？提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？tO()i ti平均01()()Tnii ti tidtT 平均（1 1）直观表示）直观表示 三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？22201()()Tniiti tidtT 平均（2 2）均方值表示）均方值表示 22201()()Tnuutu tudtT 平均均方电流、均方电压的物理意义：均方电流、均方电压的物理意义：单位电阻上所单位电阻上所产生的噪声功率。产生的噪声功率。三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性

18、4 4、噪声特性、噪声特性提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？当光电探测器中存在多个彼此独立、互不相关的噪声当光电探测器中存在多个彼此独立、互不相关的噪声源时，总噪声功率为源时，总噪声功率为 222212nnnniiii总三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？提问：这种瞬时、随机的起伏用什么量值表示？把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析，得把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析，得到噪声功率随频率变化关系，称为到噪声功率随频率变化关系，称为噪声功率噪声功率。2()()

19、ns fif 数值为频率数值为频率f f的噪声在的噪声在单位电阻上所产生的功率单位电阻上所产生的功率 ()s f三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性信号辐射产生的噪声信号辐射产生的噪声 噪声噪声1 f光子噪声光子噪声 探探测测器器放放大大器器示波器示波器背景背景目标目标信信 号号处处 理理探测器噪声探测器噪声 信号放大及处理电路噪声信号放大及处理电路噪声 光电测量系统的噪声分类：光电测量系统的噪声分类：背景辐射产生的噪声背景辐射产生的噪声热噪声热噪声散粒噪声散粒噪声产生产生-复合噪声复合噪声温度噪声温度噪声三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电

20、探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？热噪声均方电流和热噪声均方电压为：热噪声均方电流和热噪声均方电压为：24nukT fR24nkTfiR（1）热噪声）热噪声载流子热运动引起的电流电压起伏载流子热运动引起的电流电压起伏k是玻尔兹曼常数；是玻尔兹曼常数；T是温度（是温度（K）；）；为所取的为所取的通带宽度（频率范围）。通带宽度（频率范围）。f三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？（2）散粒噪声）散粒噪声犹如射出的散粒无规则地落在靶上犹如射出的散粒无规则

21、地落在靶上所呈现的起伏，每一瞬间到达靶上的值有多有少，这所呈现的起伏，每一瞬间到达靶上的值有多有少，这些散粒是完全独立的事件。这种随机起伏所形成的噪些散粒是完全独立的事件。这种随机起伏所形成的噪声称为散粒噪声声称为散粒噪声22niqI f散粒噪声的表达式为散粒噪声的表达式为三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？（3）产生）产生-复合噪声复合噪声在半导体中，在一定温度或在半导体中，在一定温度或一定光照下，载流子不断地产生一定光照下，载流子不断地产生-复合。在平衡状态时，复合。在平衡状态

22、时，载流子的产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载载流子的产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载流子的产生数和复合数是有起伏的，于是载流子浓度流子的产生数和复合数是有起伏的，于是载流子浓度的起伏引起材料电导率起伏。在外加电压下，电导率的起伏引起材料电导率起伏。在外加电压下，电导率的起伏使输出电流或电压中带有产生的起伏使输出电流或电压中带有产生-复合噪声。复合噪声。三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？（3）产生）产生-复合噪声表达式复合噪声表达式222041(2)nIfiNf I为总

23、的平均电流；为总的平均电流；为总的自由载流子数；为总的自由载流子数；为为载流子寿命；载流子寿命；为测量噪声的频率。为测量噪声的频率。0Nf三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？（4）低频（或）低频（或 1/f）噪声）噪声它主要出现在大约它主要出现在大约1KHz以下的低频频域，而且这种噪声的功率谱近似与调制以下的低频频域，而且这种噪声的功率谱近似与调制频率频率f成反比成反比1/f 噪声的表达式：噪声的表达式：2nCIiff三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪

24、声特性提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？提问：光电探测器中几种噪声的来源及表达？（5）温度噪声）温度噪声在热探测器中，不是由于辐射信号在热探测器中，不是由于辐射信号的变化，而是由于器件本身吸收和传导等的热交换引的变化，而是由于器件本身吸收和传导等的热交换引起的温度起伏起的温度起伏22241(2)nttkTftGf 温度噪声的表达式为：温度噪声的表达式为：为器件的热导；为器件的热导；是热时间常数；是热时间常数；为器件的热容；为器件的热容；T为周围温度（为周围温度（K）。）。tGtCtttCG 噪声噪声1 f散粒噪声和热噪声散粒噪声和热噪声产生产生-复合噪声复合噪声()f Hz2niO光电探

25、测器噪声功率谱综合示意图光电探测器噪声功率谱综合示意图 三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？2()enNEPWIi其中，其中，称为信噪比。称为信噪比。2nIi 如果入射到探测器上的辐通量按某一频率变如果入射到探测器上的辐通量按某一频率变化，当探测器输出信号电流化，当探测器输出信号电流 （或电压（或电压 ）等于）等于噪声的均方根电流噪声的均方根电流 （或电压（或电压 )时，所对应时，所对应的入射辐通量的入射辐通量 称为称为等效噪声功率等效噪声功率NEPNEP。IUe2ni2nu三

26、、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？2()enNEPWIi等效噪声功率越小，探测器能探测等效噪声功率越小，探测器能探测到的最小辐通量就越低，性能越好。到的最小辐通量就越低，性能越好。衡量探测器探测最小光信号能力衡量探测器探测最小光信号能力的指标为的指标为探测率探测率1DNEP三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？提问：光电探测器可探测的最弱光功率为多少？11 2*()NEPNEPW cmHzAf对于不同面形

27、、不同带宽的测量系统，衡量它们探测对于不同面形、不同带宽的测量系统，衡量它们探测弱辐射能力需要用到归一化等效噪声功率：弱辐射能力需要用到归一化等效噪声功率：归一化探测率归一化探测率1 211*()*AfDcm HzWNEPNEP三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性4 4、噪声特性、噪声特性 光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频噪声噪声(或称或称1/f1/f噪声噪声)。12222NJngrnf()Niiii三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性5 5、光谱响应率、光谱响应率在某一特定波长下，输出光电流在某一特定波长下，输出光电流（或光

28、电压）与入射辐射能量之比（或光电压）与入射辐射能量之比,()(/)(/)pIepvISA WIA lm或三、光敏电阻的基本特性三、光敏电阻的基本特性6 6、温度特性、温度特性 光敏电阻的特性参数受温度影响较大，只要温度光敏电阻的特性参数受温度影响较大，只要温度略有变化，它的光谱响应率、峰值响应波长、长波略有变化，它的光谱响应率、峰值响应波长、长波限等参数都将发生变化，而且限等参数都将发生变化，而且这种变化完全没有规这种变化完全没有规律律。为了提高光敏电阻性能的稳定性，减低噪声和。为了提高光敏电阻性能的稳定性，减低噪声和提高探测率，需要提高探测率，需要采用冷却装置采用冷却装置。四、几种常用光敏电

29、阻四、几种常用光敏电阻 按照光谱特性及最佳工作波长范围分类：按照光谱特性及最佳工作波长范围分类：（1 1）对紫外光灵敏（）对紫外光灵敏（CdSCdS、CdSeCdSe）；）；（2 2）对可见光灵敏（）对可见光灵敏（TiSTiS、CdSCdS、CdSeCdSe）；）；（3 3）对红外光灵敏（）对红外光灵敏（PbSPbS、PbTePbTe、PbSePbSe、InSbInSb、Hg1-Hg1-xCdxTexCdxTe、Pb1-xSnxTePb1-xSnxTe和锗掺杂等）和锗掺杂等）四、几种常用光敏电阻四、几种常用光敏电阻1 1、CdSCdS光敏电阻光敏电阻CdSCdS光敏电阻被广泛地应用于灯光的自动

30、控制，自动调光调焦和自光敏电阻被广泛地应用于灯光的自动控制，自动调光调焦和自动照相机中。动照相机中。CdS CdS光敏电阻峰值波长为光敏电阻峰值波长为0.52m0.52m，CdSeCdSe光敏电阻为光敏电阻为0.72m0.72m，一，一般调整般调整S S和和SeSe的比例，可使的比例，可使CdCd（S S，SeSe）光敏电阻的峰值响应波长）光敏电阻的峰值响应波长大致控制在大致控制在0.520.520.72m0.72m范围内。范围内。特性特性1 1：光谱响应：光谱响应最接近人眼光谱光视效率，最接近人眼光谱光视效率，是是可见光波段可见光波段内最灵内最灵敏的光电导器件。敏的光电导器件。四、几种常用光

31、敏电阻四、几种常用光敏电阻2 2、PbSPbS光敏电阻光敏电阻 光谱响应：光谱响应：近红外波段近红外波段最灵敏的光电导器件，在最灵敏的光电导器件，在2m2m附近的灵附近的灵敏度很高，常用于火灾的探测等领域。敏度很高，常用于火灾的探测等领域。温度特性：随着工作温度的降低，其峰值响应波长和长波限将向温度特性：随着工作温度的降低，其峰值响应波长和长波限将向长波方向延伸，且归一化探测率长波方向延伸，且归一化探测率D D*增加。增加。温度温度光谱响应光谱响应峰值波长峰值波长峰值探测率峰值探测率室温室温2525C C1 13.5um3.5um2.4um2.4um干冰温度干冰温度1 14um4um2.8um

32、2.8um111 10112 10四、几种常用光敏电阻四、几种常用光敏电阻2 2、PbSPbS光敏电阻光敏电阻 光谱响应：光谱响应：近红外波段近红外波段最灵敏的光电导器件，在最灵敏的光电导器件，在2m2m附近的灵附近的灵敏度很高，常用于火灾的探测等领域。敏度很高，常用于火灾的探测等领域。温度特性：随着工作温度的降低，其峰值响应波长和长波限将温度特性：随着工作温度的降低，其峰值响应波长和长波限将向长波方向延伸，且归一化探测率向长波方向延伸，且归一化探测率D D*增加。增加。响应时间：响应时间长。响应时间：响应时间长。四、几种常用光敏电阻四、几种常用光敏电阻3 3、InSbInSb光敏电阻光敏电阻

33、 InSb InSb光敏电阻是光敏电阻是3 35m5m光谱范围内的主要探测器件之一。光谱范围内的主要探测器件之一。温度特性：温度特性：温度温度长波限长波限峰值波长峰值波长峰值探测率峰值探测率室温室温2525C C7.5um7.5um6um6um液氮温度液氮温度5.5um5.5um5um5um111 10112 10四、几种常用光敏电阻四、几种常用光敏电阻4 4、HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe系列光敏电阻系列光敏电阻 HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe系列光电导探测器件是系列光电导探测器件是目前所有红外探测器中性目前所有红外探测器中性能最优良最有前途的探测器件能最优良最有前途

34、的探测器件，尤其是对于，尤其是对于4 48m8m大气窗口波大气窗口波段辐射的探测更为重要。段辐射的探测更为重要。长波长的变化范围为长波长的变化范围为1 130m30m。五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路1 1、基本偏置电路、基本偏置电路解：在某照度解：在某照度E Ev v下，光敏电下，光敏电阻的阻值为阻的阻值为R Rp p，电导为，电导为g gp p，则则11ppgvRgS EpRLIbbULRLU提问：若入射光照度为一恒定提问：若入射光照度为一恒定值值E EV V，求负载电阻两端的输，求负载电阻两端的输出电压及电流？出电压及电流？1221loglogloglogRREE五、光敏电阻

35、的变换电路五、光敏电阻的变换电路1 1、基本偏置电路、基本偏置电路流过负载电阻的电流流过负载电阻的电流LLRRbbpUI 输出电压输出电压 LLRRRLbbpUUpRLIbbULRLU提问：若入射光照度为一恒定提问：若入射光照度为一恒定值值E EV V，求负载电阻两端的输，求负载电阻两端的输出电压及电流？出电压及电流？练习练习1 1：CdSCdS光敏电阻的光电导灵敏度光敏电阻的光电导灵敏度Sg=0.5Sg=0.51010-6 6S/lxS/lx，暗电导为，暗电导为0 0。用此光敏电阻控制继电器，其原。用此光敏电阻控制继电器，其原理如图，如果继电器的线圈电阻为理如图，如果继电器的线圈电阻为4k4

36、k，继电器的吸，继电器的吸合电流为合电流为2mA2mA，问需要多少照度才能使继电器吸合？，问需要多少照度才能使继电器吸合？12VJ五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路1 1、基本偏置电路、基本偏置电路解：设光照变化引起光敏电解：设光照变化引起光敏电阻阻值的变化量阻阻值的变化量Rp，输出电，输出电流的变化量为流的变化量为II则输出电流为则输出电流为 LLRRbbppUIIR 输出电流的变化量为输出电流的变化量为L2LR(RR)bbppUI pRLIbbULRLU提问：若光照度发生变化提问：若光照度发生变化E，求输出电压、电流的变化量求输出电压、电流的变化量？LLRRbbpUI 五、光敏电

37、阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路1 1、基本偏置电路、基本偏置电路L2LR(RR)bbppUI 提问：若光照度发生变化提问：若光照度发生变化E，求输出电压、电流的变化量求输出电压、电流的变化量？负号的物理意义是：当光敏电阻上的照度增加，电导负号的物理意义是：当光敏电阻上的照度增加，电导增大（增大（dg0dg0），阻值减小（），阻值减小（dR0dR00）。）。1pgvRS E代入代入 得到得到1gvpddS ER2pgvpdRS dER2pgpvdRS R dE 2L2L(RR)bbgpvpU S RIE五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路1 1、基本偏置电路、基本偏置电路输出电压的变

38、化量为输出电压的变化量为pRLIbbULRLU提问：若光照度发生变化提问：若光照度发生变化e，求输出电压、电流的变化量求输出电压、电流的变化量？2LLL2L(RR)bbgpvLpU S RURIER2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2 2、恒流偏置电路、恒流偏置电路 稳压管稳压管D DW W将晶体三极管的基极将晶体三极管的基极电压稳定，即电压稳定，即U UB B=U=UW W，流过晶体三极，流过晶体三极管发射极的电流管发射极的电流I Ie e 为为 BbeWbeeeeUUIUURR提问：求光照恒定及变化时的输出电压？提问：求光照恒定及变化时的输出电压？五、光敏电阻的变换电路五

39、、光敏电阻的变换电路2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2 2、恒流偏置电路、恒流偏置电路 稳压管稳压管D DW W将晶体三极管的基极将晶体三极管的基极电压稳定，即电压稳定，即U UB B=U=UW W，流过晶体三极，流过晶体三极管发射极的电流管发射极的电流I Ie e 为为 BbeWbeeeeUUIUURR提问：求光照恒定及变化时的输出电压？提问：求光照恒定及变化时的输出电压？输出电压为输出电压为 obbcpUUI R五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2 2、恒流偏置电路、恒流偏置电路若光照变化，则引起光敏电阻阻值

40、变若光照变化，则引起光敏电阻阻值变化为化为RpRp ，则输出电压为，则输出电压为ocpUIR 提问：求光照恒定及变化时的输出电压？提问：求光照恒定及变化时的输出电压？obbc()oppUUUIRR输出电压的变化量为输出电压的变化量为 obbcpUUI R五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2 2、恒流偏置电路、恒流偏置电路ocpUIR 提问：求光照恒定及变化时的输出电压？提问：求光照恒定及变化时的输出电压？2c()gpISRE 2()WbcgpeUUSRER2WpgeURSER五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路2.3 2.3

41、 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2 2、恒流偏置电路、恒流偏置电路提问：求光照恒定及变化时的输出电压？提问：求光照恒定及变化时的输出电压？2WopgeUURSER2oWUpgeUUSRSER电压灵敏度电压灵敏度 五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路 例例2-1 2-1 在如图所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为在如图所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V12V，RbRb为为820820，ReRe为为3.3k3.3k，三极管的放大倍率不小于，三极管的放大倍率不小于8080，稳压二极管的输出电压为稳压二极管的输出电压为4 V4 V，光照度为，光照度为40lx40lx时输出电压为时

42、输出电压为6V6V，80 lx80 lx时为时为8V8V。（设光敏电阻在。（设光敏电阻在3030到到100lx100lx之间的之间的 值不变）值不变）试求：（试求：（1 1）输出电压为）输出电压为7 7伏的照度为多少勒克司？伏的照度为多少勒克司？（2 2）该电路的电压灵敏度（）该电路的电压灵敏度（V/lxV/lx）。）。解解:流过稳压管流过稳压管D DW W的电流的电流bbw89.6mA820WbUUVIR满足稳压二极管的工作条件满足稳压二极管的工作条件（1 1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值 bb11e126V6KI1oPU

43、UVRmAK4IV8ebb2URP将将R Rp1p1与与R Rp2p2值代入值代入值计算公式，得到光照度在值计算公式，得到光照度在404080lx80lx之间之间的的值值 p1p221lgRlgRlg6lg40.59lgElgElg80lg40输出为输出为7V7V时光敏电阻的阻值应为时光敏电阻的阻值应为 K5IV7ebb3URP此时的光照度可由此时的光照度可由值计算公式获得值计算公式获得 59.0lg40lgElg5lg63E3=54.45（lx）（2 2）电路的电压灵敏度）电路的电压灵敏度S SV V (V/lx)069.04045.5467SVEU2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻

44、的变换电路3 3、恒压偏置电路、恒压偏置电路 加在光敏电阻上的电压近似为电源电加在光敏电阻上的电压近似为电源电压，为不随入射辐射量变化的恒定电压，压，为不随入射辐射量变化的恒定电压，此时的偏置电路称为恒压偏置电路。此时的偏置电路称为恒压偏置电路。EWbeUUU0.7beUVWbeUUEWUU五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路3 3、恒压偏置电路、恒压偏置电路五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路提问：求光照恒定及变化时提问：求光照恒定及变化时的输出电压？的输出电压？恒压偏置电路的输出电压为恒压偏置电路的输出电压为 obbccb

45、bWpcUUI RUUgRWpWpcpUIU gIR2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路3 3、恒压偏置电路、恒压偏置电路五、光敏电阻的变换电路五、光敏电阻的变换电路提问：求光照恒定及变化时提问：求光照恒定及变化时的输出电压？的输出电压？光照变化时，输出电压为光照变化时，输出电压为 ()oobbWppcUUUUggR 输出电压的变化量为输出电压的变化量为 oWcpUURg WcgURSE 例例2-2 2-2 在如图所示的恒压偏置电路中，已知在如图所示的恒压偏置电路中，已知DWDW为为2CW122CW12型稳型稳压二极管，其稳定电压值为压二极管，其稳定电压值为6V6V，设，设R

46、Rb b=1k=1k，R RC C=510,=510,三极管三极管的电流放大倍率不小于的电流放大倍率不小于8080，电源电压，电源电压U Ubbbb=12V=12V，当，当CdSCdS光敏电阻光光敏电阻光敏面上的照度为敏面上的照度为150lx150lx时恒压偏置电路的输出电压为时恒压偏置电路的输出电压为10V,10V,照度为照度为450lx450lx时输出电压为时输出电压为8V,8V,试计算输出电压为试计算输出电压为9V9V时的照度（设光敏时的照度（设光敏电阻在电阻在100100500lx500lx间的间的值不变）为多少值不变）为多少lxlx？照度到照度到500lx500lx时的时的输出电压为

47、多少？输出电压为多少？解解:bbw1266mA1WbUUVVIRk满足稳压二极管的工作条件满足稳压二极管的工作条件,三极管的基极三极管的基极被稳定在被稳定在6V 6V 设光照度为设光照度为150lx150lx时的输出电流为时的输出电流为I I1 1，与光，与光敏电阻的阻值敏电阻的阻值R R1 1，则，则 bb1c12 109.92(mA)510oUUIRk4.192.37.067.01W1IUR同样同样,照度为照度为450lx450lx时流过光敏电阻的电流时流过光敏电阻的电流I I2 2与电阻与电阻R R2 2为为7.8(mA)8Icbb2RUR2=680 由于光敏电阻在由于光敏电阻在5005

48、00到到100lx100lx间的间的值不变，因此该光敏电阻的值不变，因此该光敏电阻的值应为值应为 66.0lglglglg1221EERR当输出电压为当输出电压为9V9V时，设流过光敏电阻的电流为时，设流过光敏电阻的电流为I I3 3，阻值为，阻值为R R3 3，则，则(mA)88.59cbb3RUIR3=900 代入代入值的计算公式便可以计算出输出电压为值的计算公式便可以计算出输出电压为9V9V时的入射照度时的入射照度E E3 366.0lglglglg2332EERR292.20.66lglglglg3223RREEE3=196(lx)由由值的计算公式可以找到值的计算公式可以找到500lx

49、500lx时的阻值时的阻值R R4 4及及三极管的输出电流三极管的输出电流I I4 4为为 R4=214 I4=24.7(mA)而此时的输出电压而此时的输出电压U UO O为为 U UO O=U=UbbbbI I4 4R R4 4=6.7(V)=6.7(V)即，在即，在500lx500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压为的照度下恒压偏置电路的输出电压为6.7V6.7V。2.4 2.4 光敏电阻的应用举例光敏电阻的应用举例1 1、照明灯的光电控制电路、照明灯的光电控制电路 六、光敏电阻的应用举例六、光敏电阻的应用举例2.4 2.4 光敏电阻的应用举例光敏电阻的应用举例2 2、照相机电子快门、照相机电子快门 六、光敏电阻的应用举例六、光敏电阻的应用举例