光电管的特性ppt课件.ppt

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1、第七章光电式传感器§7－1光电效应光电传感器是一种将光学量（光通量、照度）的变化转换为电量（电压、电流）变化的传感器、外光电效应在光线的作用下，金属内的电子逸出金属表面，向外发射的现象称为外光电效应，基于外光电效应的器件有光电管和光电倍增管。1．光电管对于光子－电子逸出功－电子逸出时速率－入射光的频率光通量真空光电管的伏安特性204060804121680充气光电管伏安特性24812020406080强光弱光⑴光电子是否产生取决于光子能量，这意味着每一种金属物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率。光线的频率若低于红线频率，光子能量不足以使物体内电

2、子逸出⑵光的频率不变，光越强，光电子越多，光强意味着光子数目多逸出的电子数目也越多⑶光电子逸出时具有初始动能，因此光电管即使没有正向电压也会有电流，为了使光电流为零，必须加反相电压，反相电压与光的频率成正比2．光电倍增管…阴极K第一倍增级第二倍增级第三倍增级第四倍增级阳极A每级电压为50～100V，适用于弱光下工作，强光易损坏光电倍增管设每级倍增率为（一个电子能轰击出个次级电子），若有n个次阴极，则总的光电流倍增系数为，为各级次阴极电子收集效率。倍增管阳极电流与阴极电流的关系为光电倍增管的放大倍数与极间电压之间的关系极间所加电压越稳定越好10075

3、1255025极间电压/V放大倍数光谱特性与阴极所用的材料有关阴极锑铯－银氧铯－红外光源锑铯－紫外光源可见光范围灵敏度高绝大多数高电阻半导体受光照后吸收光子能量，产生电阻率降低而易于导电的现象称为内光电效应。二、内光电效应导带禁带价带自由电子所占能带不存在电子的能带价电子所占的能带电子能量E－禁带宽度红限⒈光敏电阻+－镀金电极CdS半导体⒉光电导材料单质氧化物Cd化合物Pb化合物其它SeGeSiZnOPbOCdSCdSeCdTePbSPbSePbTeInSbSbS3⒊光敏电阻的特性⑴暗电阻、亮电阻与光电流⑵伏安特性⑶光照特性⑷光谱特性⑸光敏电阻响应

4、时间和频率特性为光电流上升为稳定值的63％所需要的时间越大，频率特性越差4350612750100硫化铅硫化铊光敏电阻的伏安特性0.050.100.150.200.250.300.61.20光敏电阻的光照特性光通量/lm光电流/mA1003000060804020015000相对灵敏度/％入射光波长/硫化镉硫化铊硫化铅光敏电阻的光谱特性相对灵敏度/％/Hz硫化铅硫化镉01010000100010020406080100光敏电阻的频率特性§7－3－2光电池光电池能直接将光通量转变为电动势，实际为电压源一、结构和工作原理硼扩散层P型电极N型硅片P-N结

5、电极I光电池的结构原理图1.用途a.作光电探测器使用红外辐射探测器光电读出光电耦合b.作为电源使用人造卫星野外灯塔微波站膜－＋光光电池有方形圆形三角形环形等PN－－－＋＋＋PN＋－VocPN＋－mA－－光电池的输出短路电流－－无光照时PN结反向饱和电流－－电子电量－－玻尔兹曼常数－－热力学温度－－光电池开路输出电压0.60.40.2400020000204060801000.81.0Ge光电池光电特性0.60200040000.21002003000.4Si光电池光电特性脉冲光信号变换电路－10V＋10VA＋4V光电池用以探测缓慢变化光信号的电路相

6、对灵敏度/％波长硒硅20080604040001008000600010000光电池的光谱特性硒光电池硅光电池15000402080603000100450060007500相对光电流/％/Hz光电池的频率特性§7－3－3光敏二级管和光敏三级管一、光敏二级管PNEERVI300lx200lx100lx光敏二级管的伏安特性400lxNPN＋－＋－E二、光敏三级管波长短，光子在半导体表面被吸收，波长长时能量小三、光电管的特性相对灵敏度/％硅锗光电三极管光谱特性反向偏压/V4060020－20－10－30400lx600lx800lx1000lx硅光电二

7、极管伏安特性0264108302040400lx700lx500lx600lx300lx硅光电三极管伏安特性01020020400306004080010002CUA2CUA2CUS硅光电二级管光照特性65432105001000硅光电三级管光照特性3DU333DU523DU23§7－4新型光电器件PNI导带价带信号光一、PIN光电二级管P型层很薄使光子很快进入I区I区电阻很大可加较高电压高的电阻使暗电流明显减小，这些产生的光生电子－空穴对将立刻被电场分离并作快速漂移运动I区加入增大了耗尽层厚度减小了结电容CJ，提高了量子效率漂移时间约为相当于f=

8、１KMHz二、雪崩光敏二级管（APD）PN类似光电倍增管，具有内部电流增益－－雪崩倍增光电流――无雪崩倍增时的反向饱和电流