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1、第五章光电导器件光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光电探测器件。光电导效应是半导体材料的一种体效应，无需形成PN结，故又常称为无结光电探测器。这种器件在光照下会改变自身的电阻率，光照越强，器件自身的电阻越小，因此常常又称为光敏电阻或光导管。常用的光敏电阻有CdS、CdSe、PbS等。其中CdS是工业应用最多的，PbS主要用于军事装备。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件本章内容5.1光敏电阻的工作原理5.2光敏电阻的主要特性参数5.3光敏电阻的偏置电路和噪声5.4光敏电阻的特点和应用作业：4-1，4-2，4-3，4
2、-4，4-55.4光敏电阻的特点和应用第五章光电导器件5.1光敏电阻的工作原理5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件5.1.1光敏电阻的结构和分类5.1.2光敏电阻的工作原理返回5.2光敏电阻的主要特性参数5.2光敏电阻的主要特性参数第五章光电导器件5.2.1光电导灵敏度5.2.2光电导增益5.2.3量子效率5.2.4光谱响应率与光谱响应曲线5.2.5响应时间和频率特性5.2.6光电特性和γ值5.2.7前历效应5.2.8温度特性返回5.3光敏电阻的偏置电路和噪声5.3光敏电阻的偏置电路和噪声第五章光电导器件5.3.1偏置电路5.3
3、.2噪声等效电路5.3.3光敏电阻的变换电路返回5.4光敏电阻的特点和应用5.4光敏电阻的特点和应用第五章光电导器件5.4.1光敏电阻的特点5.4.2光敏电阻使用时的注意事项5.4.3常见光敏电阻5.4.4光敏电阻的应用返回光敏电阻的结构和分类光敏电阻是用光电导体制成的光电器件,又称光导管,其工作原理与符号如图所示。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件PGM5****series环氧树脂封装光敏电阻是在一块均质光电导体两端加上电极,贴在其他绝缘材料基板上,两端接有电极引线,封装在带有窗口的
4、金属或塑料外壳内而成的。如图所示为实际的环氧树脂封装的PGM5××××系列光敏电阻的外形。光敏电阻分为两类:——本征型光敏电阻——掺杂型光敏电阻从理论上说，P型、N型半导体均可制成5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件光敏电阻，但由于电子的迁移率比空穴大，而且用N型半导体材料制成的光敏电阻性能较稳定,特性较好,故目前大都使用N型半导体光敏电阻。返回光敏电阻的工作原理光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时两电极可加直流电压,也可加交流电压。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件无光照时,光敏电阻的阻值很大,电路中电流很小。当
5、光电导体上加上电压,无光照时光电导体具有一定的热激发载流子浓度,其相应的暗电导率为式中：q为电子或空穴的电荷量；n0和p0分别为电子和空穴的浓度；μn和pn分别为电子和空穴在外电场E作用下的迁移率，表示为5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件式中，U是端电压，L是电压方向半导体的长度，vn和vp是载流子漂移的速度。受光照时,由光照产生的光生载流子迅速增加,它的阻值急剧减少。在外电场作用下光生载流子沿一定方向运动,在电路中形成电流,光生载流子越多电流越大。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件(5-2)产生的光生载流子浓度用Δn和
6、Δp表示。则光照稳定情况下的电导率为得到由于光照变化的电导率为5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件式中,b=μn/μp为迁移比。(5-3)其中,g为载流子产生率,τ为载流子寿命。若入射的光功率为Фs，载流子产生率与光功率的关系为5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件在恒定的光照下,光生载流子不断产生,也不断复合。当光照稳定时,光生载流子的浓度为式中,η为量子效率,V为材料体积。(5-4)在电场强度的作用下,短路光电流密度为5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件由于光照的增加,电导率增加了,光电流也增加了。(5-5)5.1光敏
7、电阻的工作原理第五章光电导器件也可以推导出光电流随半导体电导率变化的公式。式中:L——光电导体长度;A——光电导体横截面面积。若无光照时,如图所示光敏电阻的暗电流为在光辐射作用下,假定每单位时间产生N个电子-空穴对，它们的寿命分别为τn和τp，那么,由于光辐射激发增加的电子和空穴浓度分别为5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件于是,材料的电导率增加了Δσ=q（Δnμn+Δpμp）,则称Δσ为光电导率。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件由式(5-6)知道,光敏电阻的光电流Ip与L的平方成反比。(5-6)由光电导率Δσ引起的光电
8、流为因此在设计光敏电阻时为了既减小电极间的距离L,又保证光敏电阻有足够的受光面积,一般采用如图所示的几种电极结构。5.1光敏电阻的工作原理第五章光电导器件返回光电导灵敏度按灵敏度定义(响应量与输入量之比),可得光电导灵敏度Sg为5.2
