z半导体敏感元件原理与应用一

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1、Z半导体敏感元件原理与应用一、刖g光敏Z-元件是Z-半导体敏感元件产品系列中［3］重要品种之一。它具有与温敏Z-元件相似的伏安特性，该元件也具有应用电路极其简单、体积小、输出幅值大、灵敏度高、功耗低、抗干扰能力强等特点。能提供模拟、开关和脉冲频率三种输出信号供用户选择。用它开发出的三端字传感器，不需要前置放大器、A/D或V/F变换器，就能与计算机直接通讯。该元件的技术参数符合QJ/HN002-1998的有关规定。磁敏Z-元件是Z-半导体敏感元件产品系列中［3］第三个重要品种。它具有与温敏Z-元件相似的伏安特性，该元件体积小，应用电路极其简单，在磁场的作用下，能输出模拟信号、开关信号和脉冲频率信

2、号，而且输出信号的幅值大、灵敏度高、抗干扰能力强。光敏、磁敏Z-元件及其三端数字传感器，通过光、磁的作用，可实现对物理参数的测量、控制与报警。二、光敏z-元件及其技术参数图1电路符号与伏安特性1.光敏z-元件的结构、电路符号及命名方法光敏Z-元件是一种经过重掺杂而形成的特种PN结，是一种正、反向伏安特性不对称的两端有源元件。表1、光敏Z-元件的分档代号与技术参数名称符号单位岡值电压分档代号测试条件T=20°C或25°C10203031阈值电压VthVRL=5kW阈值电流IthmA£1£15£2£3RL=5kW导通电压VfV£5£10£15£20RL=5kW反向电流IRmA£45£45£45£4

3、5E=25V允许功耗PMmW100100100100转换时间tms2020阈值灵敏度SthmV/1001x-80-120-150-200RL=5kW阈值灵敏度温漂DTth%/1001xX°CXFS〉-4RL:5kWMl区灵敏度SMImV/lOOlx200350RL=Vth/IthMl区灵敏度温漂DTM1%/1001xX°CXFS>-3RL二Vth/Ith反向灵敏度SRmV/100lx>800E=25V反向灵敏度温漂DTR%/1001xX°CXFS>-lRL=510kW图1(a)为结构示意1(b)为电路符号。元件引脚有标记的或尺寸较长的为“+”极。该元件的命名方法分国内与国际两种：国内命名法：国

4、际命名法响应波长代号：1—2—02.光敏Z-元件的伏安特性曲线图1（d）为光敏Z-元件的的伏安特性曲线。在第一象限，0P段Ml区为高阻区（几十千欧几百千欧）。pf段M2区为负阻区，fm段M3区为低阻区（几十千欧几百千欧）。其中Vth叫阈值电压，表示在TCC）时Z-元件两端电压的最大值。Ith叫阈值电流，是Z-元件与Vth对应的电流。Vf叫导通电压，是M3区电压的最小值。If叫导通电流，是对应Vf的电流，也是M3区电流的最小值。在第三象限为反向特性，反向电流IR是在无光照时反向电压VR为25V时测量的，其值（微安级）很小。3.光敏Z-元件的分档代号与技术参数光敏Z-元件的分档代号与技术参数见表1

5、。其分档代号按Vth值的大小排列。型号分二种，按其响应波长分。目前产品波长代号皆为1。三、光敏z-元件的光敏特性1.无光照时光敏z-元件正、反向伏安特性的测量用遮光罩把光敏z-元件罩上，即在无光照的情况下，利用图1(C)特性测量电路测量其正、反向伏安特性，测量电路与方法与温敏Z-元件相同［6］。2.光敏Z-元件正向光敏特性把Z-元件接在正向特性测量电路上，Z-元件放置在可变照度的光场中。测量时照度由小到大，每次递增lOOlx,用数字照度计校准，然后测量Z-元件的正向特性，记录不同照度时的Vth、Ith、Vf。从测试可知，光敏Z-元件的阈值点P(Vth，Ith)随着照度的增加，一直向左偏上方向移

6、动如图2(a)，Vth随光照增加而增大，Vf变化较小。Vth、Ith与照度L的关系参看图3。光敏Z-元件的正向特性还具有光生伏特现象，Z-元件的“正”极即光生伏特的“+”极。目前，光生伏特饱和电动势为200mV左右，短路电流随光照增强而增大。当照度为1001x5000lx时短路电流为几微安至几十微安。3.光敏Z-元件反向光敏特性把Z-元件连接在反向特性测量电路中，并把Z-元件置于可变光场中。改变光场照度，用数字照度计校准，测量其反向特性，即反向电压VR与反向电流IR的关系。其特性如图2(b)。可以看出其反向电阻随照度增加而减小，反向电流随光照增强而变大。四、光敏z-元件的应用电路光敏z-元件有

7、与温敏z-元件相似的正、反向伏安特性，温敏Z-元件的应用电路，在理论上都适用于光敏z-元件。考虑到光敏Z-元件的Vth、Ith、IR有一定的温漂，因此在光开关电路中，应当有抗温度干扰的余量，在模拟应用电路中，应采用具有抗温漂自动补偿电路。1.M1—M3转换，输出负阶跃开关信号电路［3］，［4］负阶跃开关信号输出电路示于图4(a),工作过程的图解示于图4(b)。在无光照时，0P1为光敏Z-元件Ml区