光电子技术王俊波光敏电阻课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,光电子技术王俊波光敏电阻课件,*,9/21/2024,UP,DOWN,BACK,9/21/2024,共34页,39,主讲:周自刚光电子技术,4.4光敏电阻,4.4光敏电阻,光电子技术王俊波光敏电阻课件,一、原理及结构,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用,光电导效应,制成的光电探测器件。,对于本征型，可用来检测可见光和近红外辐射,对于非本征型可以检测波长很长的辐射,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光电子技术王俊波光敏电阻课件,组成：它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。,2、结构：,光敏电阻在电路中的符号,光电子技术王俊波光敏电阻课件,三种形式,梳状式,玻璃基底上蒸镀梳状金属膜而制成；或在玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽，在槽内填入黄金或,石墨,等导电物质，在表面再敷上一层光敏材料。如图所示。,绝缘基底,光电导体膜,光电子技术王俊波光敏电阻课件,刻线式,在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔，将其刻划成栅状槽，然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成。其结构如下图所示。,涂膜式,在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其结构下图。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,二、特性参数,1、光电流及增益,无光照时流过器件的电流称暗电流，由入射光引起的称光电流。,在外电场作用下向阳极漂移，如果大于,t,r,，那么在时间内 ，从阳极输出的电子就不是一个，而是 。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,增益可理解为：样品中每产生一个光生载流子所构成的流入外电路的载流子数。,若G1, 即单位时间流过器件的电荷数大于器件内光激发的电荷，从而使电流得到放大。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,增益系数：光电流与入射光引起的单位时间电荷量的比值。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,由上式可知：,、减小样品长度可以大大提高增益；,、增加载流子的寿命也可提高增益。,光敏面作成,蛇形,，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,2.光电导灵敏度,定义为光电导 与输入光照度E之比。,： 光电导（西门子,S,）,： 照度（勒克斯,lx,）,A,：入射通量（流明,lm,),光电子技术王俊波光敏电阻课件,注意：,灵敏度与光电增益的区别,材料特性,结构参数,（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。,（2）增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,3、光电特性：,光电流与照度的关系：,： 光照指数,：电压指数,（1）弱光时， 与照度 成线性关系,（2) 强光时，光电流与照度成抛物线,光敏电阻,光电子技术王俊波光敏电阻课件,强光照下光电特性的分析：,光照增强的同时，载流子浓度不断的增加，同时光敏电阻的温度也在升高，从而导致载流子运动加剧，因此复合几率也增大，光电流呈饱和趋势。（冷却可以改善）,光电子技术王俊波光敏电阻课件,4、伏安特性：,在一定的光照下，光电流,I,光,与所加电压,的关系,一定的光照下，,光,与电压,的关系;,相同的电压下，,光,与光照,的关系,光电子技术王俊波光敏电阻课件,说明：,（1) 光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数半导体，当 电场强度,超过10,4,伏特/厘米,（强光时），,不遵守欧姆 定律,。硫化镉例外，其伏安特性在100多伏就不成线性了。,（2）光照使光敏电阻发热，使得在额定功耗内工作，其最高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率又和其,面积,大小、,散热,情况有关。,（3）伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,5、温度特性：,温度的变化，引起温度噪声，导致其,灵敏度,、,光照特性,、,响应率,等都发生变化。为了提高灵敏度，必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导体受温度影响更明显。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,6前历效应,1-黑暗放置,3,分钟后,2-黑暗放置,60,分钟后 3-黑暗放置,24,小时后,指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。,暗态前历效应,：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后光电流上升的越慢程度。工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,亮态前历效应：,光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,7、暗电阻和暗电流：,光敏电阻在黑暗时的阻值称为,暗电阻,，一般情况下，暗电阻都大于10兆，受光照时的阻值称为,亮阻,。暗阻与亮阻的比值也可作为衡量灵敏度的高低，比值越大，灵敏度越高。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,8、时间频率响应：,时间特性与光照度、工作温度有明显的依赖关系。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,9、噪声特性：,热噪声、产生复合噪声 、1/,f,噪声与调制频率的关系,（1) 红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的,f,（2）制冷可降低热噪声,（3）恰当的偏置电路，可使信噪比最大,光电子技术王俊波光敏电阻课件,10、光谱特性：相对灵敏度与波长的关系,可见光区光敏电阻的光谱特性,光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515600,nm,之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰值波长（555,nm,）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪器，例如,照相机,、,照度计,、,光度计,等。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,红外区光敏电阻的光谱特性,此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓度和使用的环境温度有关。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,三、光敏电阻的特点,1、优点：,灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性之分,光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度,所测光强范围宽，可测强光、弱光,光电子技术王俊波光敏电阻课件,2、不足：,强光下光电转换线性差,光电导弛豫时间长,受温度影响大,由伏安特性知，设计负载时，应考虑额定功耗,进行动态设计时，应考虑光敏电阻的前历效应,光电子技术王俊波光敏电阻课件,四、光敏电阻的电路,1、基本偏置电路：,（1） 第一种：,光电子技术王俊波光敏电阻课件,将第一种电路中的,R,P,与,R,1,互换位置，即另一种偏置电路。,（2）分析两种情况下输出电压的变化,：,（3）,R,G,和电源,E,的选取原则：,a.光通量连续变化时，,b.光通量跳跃变化时，,c.,为最大允许功耗,光电子技术王俊波光敏电阻课件,2、恒流、恒压偏置电路：,（1）恒流偏置电路：采用稳压管,D, 故,I,b,不变，所以,I,c,不变，因此,V,b,也不变。,（2）恒压偏置电路：,同样,V,b,不变，故,V,e,不变，由 于,R,G,减小，故,I,e,增大。导致,I,c,变化。而输出电压,V,0,不变。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,作用与应用,广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节，照相机的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。,光敏电阻器种类：,1）按制作材料分类：多晶和单晶光敏电阻器，还可分为,硫化镉,（CdS）、,硒化镉,(CdSe) 、,硫化铅,(PbS)、,硒化铅,(PbSe)、,锑化铟,(InSb) 光敏电阻器等。2）按光谱特性分类： ,可见光光敏电阻器,：主要用于各种光电自动控制系统、电子照相机、光报警等地。,紫外光光敏电阻器,：主要用于紫外线探测仪器。,红外光光敏电阻器,：主要用于天文、军事等领域的有关自动控制系统。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,光敏电阻器的主要参数,1）,亮电阻（k）,：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。,2）,暗电阻(M),：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。,3）,最高工作电压(V),：指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压,4）,亮电流,：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。,5）,暗电流(mA),：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。,6）,时间常数（s）,：指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63时所需的时间。,7）,电阻温度系数,：指光敏电阻器在环境温度改变1时，其电阻值的相对变化。,8）,灵敏度,：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,知识延伸和巩固,各种,光电子器件补充,如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A为发光仪器，B为水平传送带，由电动机带动做匀速直线运动。R,1,为光敏电阻，R,2,为定值电阻，R,1,、R,2,串联在电路中，电源电压保持不变每当传送带上有易拉罐挡住由A射向R,1,的光线时，R,1,的电阻值就增大，计数器就计数一次。则：（1）当传送带上有易拉罐挡住由A射向R,1,的光线时，定值电阻R,2,两端的电压将_。（填“变大”、“变小”或“不变”）,（2）已知相邻的两个易拉罐中心之间的距离均为20cm，若计数器从易拉罐第一次挡住光线开始计时，到恰好计数101次共用时间40s，则传送带的速度为多少m/s？,光电子符号,光电子技术王俊波光敏电阻课件,答案：,（1）由题意可知，当传送带上有易拉罐挡住由A射向R,1,的光线时，R,1,的电阻值就增大，由于R,1,、R,2,是串联在电路中的，当R,1,电阻值增大，R,1,分得的电压就增大，R,2,两端的电压将变小；,（2）由,v,s/t,(101-1)0.2,m,/40,s,0.5,m/s,。,光电子技术王俊波光敏电阻课件,知识巩固,光敏电阻适于作为 ( ),A、光的测量元件,B、光电导开关元件,C、加热元件,D、发光元件,B,光电子技术王俊波光敏电阻课件,知识巩固,光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下 ( ),A、暗电阻大,B、亮电阻大,C、暗电阻与亮电阻差值大,D、暗电阻与亮电阻差值小,C,光电子技术王俊波光敏电阻课件,