《光电传感器的介绍》PPT课件

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1、光敏电阻光电导应用一例光敏电阻是一种用光电导材料制成的没有极性的光电元件，也称为光导管，它基于半导体光电导效应工作光敏电阻没有极性，工作时可加直流偏压或交流电压当无光照时，光敏电阻的阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小；当它受到一定波长范围的光照射时，其阻值(亮电阻)急剧减小，电路中电流迅速增加根据电流值的变化可推算出照射光强的大小§7.2光电导§7.2光电导光敏电阻结构§7.2光电导光敏电阻的几个特性a、暗电阻、亮电阻：光敏电阻未受光照时的阻值称为暗电阻，受强光照射时的阻值称为亮电阻。暗电阻越大而亮电阻越小，灵敏度越高。b、伏安特

2、性c、光谱特性d、响应时间和（调制）频率特性e、温度特性§7.2光电导光敏电阻的伏安特性在一定光照下，所加的电压越高，电流越大；在一定的电压作用下，入射光的照度越强，电流越大，但并不一定是线性关系§7.2光电导光敏电阻的光谱特性图20对于不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的。在选用光电器件时必须充分考虑到这种特性§7.2光电导光敏电阻的频率特性光电器件的响应时间反映它的动态特性。响应时间越短，表示动态特性越好。对于采用调制光的光电器件，调制频率的上限受相应时间的限制。光敏电阻的响应时间一般为10-1～10-3s，光敏二极管的响应时

3、间约2×10-5s§7.2光电导光敏电阻的温度特性随着温度的升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降，温度的变化也会影响光谱特性曲线。硫化铅光敏电阻等光电器件随着温度的升高光谱响应的峰值将向短波方向移动，所以红外探测器往往采取制冷措施§7.3光生伏特对于半导体p-n结而言，光照后产生电压差的现象，将太阳能转变为电能，即太阳能电池工作原理照射在p-n结上，由于本征吸收，在结区产生电子－空穴对。在光激发下，多数载流子的浓度一般改变很小，而少数载流子的浓度变化很大。这里主要讨论光生少数载流子的运动。§7.3光生伏特光生伏特效应当光子能量大于

4、p-n结禁带宽度后，光照射在p-n结上，产生本征吸收，在结区产生电子－空穴对。p-n结中存在内建电场，结两边的光生少数载流子受该内建场的作用，各自向相反的方向运动。p区的电子穿过p-n结进入n区，而n区的空穴进入p区，从而在p型和n型区有电荷积累；使得p端的电势升高，n端的电势降低，从而在p-n结两端形成一光生电动势。如果p-n结两端接上负载，在适当的光照下将有电流流过负载，光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系。§7.3光生伏特（a）开始光照（b）平衡态半导体二极管p-n结的光生伏特原理图§7.3光生伏特光电池的两个重要概念：开

5、路电压和短路电流a、开路电压：有光照，但外电路断开，在p-n结两端形成的电势差V0，即光电池的开路电压（V0）。b、短路电流：有光照，外电路短路，在p-n结两端不能形成光生电压，但流过外电路的电流最大，为光电池的短路电流I0。§7.3光生伏特光电流Il的主要来源或组成光电流Il由两个组成部分，即：Ige和IghIge：由p区产生能扩散到势垒区的电子部分Igh：由n区产生能扩散到势垒区的空穴部分G：单位体积内产生载流子的产生率A：p-n结的结面积，Ln、Lp：电子和空穴载流子的扩散长度，e：电子的电荷。Il与p-n结的特征参数和光照等

6、密切相关。结面积A越大，则Il越大。§7.3光生伏特有负载时的光生伏特等效电路光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V（注意在开路时与开路电压V0相等）。在有负载而形成回路后，p-n结中有正向电流If流过。有负载时，由于光电压输出电压为V，这样流过负载的电流I则是光电流Il减去p-n结中的正向电流If。有负载R时半导体光电二极管D的等效电路图光电池在工作时共有三股电流：光生电流Il，在光生电压V作用下p-n结的正向电流If，流经外电路的电流I。Il和If都流经p-n结，但方向相反。§7.3光生伏特p-n结的

7、开路电压和短路电流p-n结在有V正向电压偏置时的正向电流If取下面的形式其中Is为p-n结的反向饱和电流开路时p-n结开路电压V0和短路时p-n结短路电流I0短路电流I0即为光电流显然，p-n结的开路电压和短路电流与p-n本身特征参数和光照的关系§7.3光生伏特（a）GaAs光电二极管I－V关系；（b）光电二极管的Il和V0与光强的关系一般Il与光强成正比，开路电压V0与光强成对数关系§7.3光生伏特必须指出两点：只有在有负载时才有If，否则此时的电路相当于开路，尽管由于光照产生了光生电动势，但没有载流子流动。V0并不是随着光照强度

8、无限地增大。当光生电压V0增大到p-n结势垒消失时，即得到最大的光生电压Vmax，它与材料的掺杂程度有关。实际情况下，Vmax与禁带宽度Eg相当。§7.3光生伏特如何提高负载所能获得尽可能高的电压或大的电流要使负载获得尽可能高的电压和