第4章-光生伏特检测器

《第4章-光生伏特检测器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章-光生伏特检测器（89页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第4 章章 光生伏特检测器光生伏特检测器光电二极管光电二极管及及其实训项目其实训项目光电池及其实训项目光电池及其实训项目光电三极管及其实训项目光电三极管及其实训项目光光伏探测器组合器件及其实训项目伏探测器组合器件及其实训项目利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件(简称光生伏器件)，也称结型光电器件。这类器件品很多，其中包括各种光电池、光电二极管、光电三极管、光电PIN管、雪崩光电二极管、位置敏感探测器（PSD）等。光生伏特效应与光导效应同属于内光电效应，然而两者的导电机理相差很大，光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应，而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。这就使得光生伏特

2、器件在许多性能上与光电导器件有很大差别。光生伏特器件的暗电流小、噪声低、响应速度快、光电特性的线性以及受温度影响小等特点是光电导器件所无法比拟的，而光电导器件对微弱辐射的探测能力和光谱响应范围又是光生伏特器件所不能比的。1. 光伏探测器的工作模式光伏探测器的工作模式2. 光伏探测器的伏安特性光伏探测器的伏安特性4.1 光电二极管光电二极管 【任务要求】通过对光电二极管理论知识的学习，掌握光电二极管的基本知识和特性参数。4.1.1 光电二极管的认识光电二极管的认识 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，具有单向导电性。但在电路中它不是作整流元件，

3、而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。1. 光电二极管的结构光电二极管的结构光电二极管从结型来分，有4种类型：即P-N结型（也称PD）、PIN结型、雪崩型和肖特基结型。国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。2. 光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理（1）光伏模式（2）光电导模式（3）其他工作模式3. 几种特殊的光电二极管几种特殊的光电二极管（1）PIN光电二极管：在P型半导体和N型半导体之间夹着一层相对很厚的本征半导体I层，降低了暗电流，从而使灵敏度得以提高。（2）雪崩光电二极管（APD）：利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种光电二极管。其原

4、理类似于光电倍增管。这种管子工作电压很高，100200 V，接近于反向击穿电压。（3）肖特基势垒光电二极管：肖特基势垒光电二极管又称金属半导体光电二极管，其势垒不再是P-N结，而是金属和半导体接触形成的阻挡层，即肖特基势垒。（4）红外光电二极管：又叫红外接收二极管，它能很好地接收红外发光二极管发射的波长为940nm的红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收，因而保证了接收的准确性和灵敏度。4.1.2 光电二极管的特性参数光电二极管的特性参数1. 暗电流暗电流ID在无光照时，光电二极管加一定反向电压时产生的电流，通常在50V反压下的暗电流小于100nA。2. 光电流光电流IP在受到一定光照和一

5、定反压条件下，流过管子的电流为光电流。一般光电流为微安级，并且与照度成线性关系。3. 光照特性光照特性光电二极管的光电流会随光照强度的变化而变化。2022-5-30 4. 伏安特性伏安特性无光照时，它的特性与一般二极管一样。受光照后，它的特性曲线沿着电流轴向下平移，平移的幅度与光照强度成正比例。特性曲线在第三象限时，表明了管子在加有反向电压并受光照时的反向特性。5. 时间响应特性时间响应特性即当入射辐射到光电探测器后或者入射辐射被遮断后，光电探测器的输出升到稳定值或下降到照射前的值所需的时间称为响应时间。6. 光谱特性光谱特性光电二极管的电流灵敏度与入射波长的关系称为光电二极管的光谱特性，亦称

6、为光谱响应。2022-5-304.2 光电二极管的实训项目光电二极管的实训项目 【任务要求】通过不同的实训项目，进一步加强学生对光电二极管的认知，提高学生的实践能力和光电二极管电路的分析能力。2022-5-304.2.1 实训一实训一 光电二极管的检测光电二极管的检测 【实训目的实训目的】 1. 会正确使用仪器仪表检测光电二极管； 2. 掌握光电二极管的检测方法。 【实训器材实训器材】 光电二极管、万用表、25W白炽灯（或其他光源） 【实训内容及步骤实训内容及步骤】2022-5-302022-5-304.2.2 实训二实训二 光电二极管的特性测试光电二极管的特性测试 【实训目的实训目的】 1.

7、 会正确使用仪器仪表检测光电二极管的特性参数； 2. 掌握光电二极管特性参数的检测方法。 【实训器材实训器材】 光电二极管、光源组件、照度计、电流表、电压表、电阻箱 【实训内容及步骤实训内容及步骤】2022-5-301. 光电二极管暗电流测试光电二极管暗电流测试2. 光电二极管光电流测试光电二极管光电流测试3. 光电二极管光照特性光电二极管光照特性2022-5-304. 光电二极管伏安特性光电二极管伏安特性5. 光电二极管时间响应特性测试光电二极管时间响应特性测试6. 光电二极管光谱特性测试光电二极管光谱特性测试2022-5-304.2.3 实训三实训三 光电二极管电路分析光电二极管电路分析

8、光控节能灯光控节能灯 【实训目的实训目的】 1. 会正确分析光电二极管的电路； 2. 会设计简单的光电二极管电路。 【实训器材实训器材】 多媒体、光控节能灯电路 【实训内容实训内容】2022-5-30该电路是采用JEC-2多功能集成电路制作的光控节能路灯，JEC-2射极耦合触发器又称多功能触发器，它实际上是一个三级反相器的连接电路。该电路可以实现的功能为：天黑后，能自动启动路灯进行照明；天变亮时，又可自动停止工作。2022-5-30【思考】1. 详细解释电位器W在电路中的作用，它对光电二极管VD有什么影响。2. 普通二极管VD1在电路中的作用。3. 二极管DW在电路中的作用。4. 二极管VD2

9、、VD3在电路中的作用。5. 分析图4-21所示的防盗报警器电路（其中KD-9561型四声模拟报警音响集成块）。2022-5-302022-5-304.3 光电池光电池 【任务要求】通过对光电池理论知识的学习，掌握光电池的基本知识和特性参数。光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件，又称光伏电池。由于光电池常常用于把太阳能直接变成电能，因此又称为太阳能电池。光电池发电的原理主要是基于半导体内光电效应的光生伏特效应。目前已进行研究和试制的太阳能电池，除硅系列外，还有硒光电池、锗光电池、硅光电池、和硫化镉、砷化镓、碘化铟光电池等，主要用于仪表，自动化遥测和遥控等方面。目前应用最广、最受重视的

10、是硅光电池。硅光电池的价格便宜、光电转换效率高（最大的转换效率如今可达18%）、光谱响应宽（很适合近红外探测）、寿命长、稳定性好、频率特性好且能耐高能辐射。4.3.1 光电池的认识光电池的认识 1. 硅光电池的基本结构硅光电池的基本结构从结构上分，国产硅光电池主要有两种系列：2DR型和2CR型。2. 硅光电池的工作原理硅光电池的工作原理光电池是基于光生伏特效应制成的。当光照到光电池的PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，光生电子空穴对的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。 3. 硅光

11、电池的分类硅光电池的分类（1）单晶硅光电池（2）多晶硅光电池（3）非晶硅光电池 4. 硅光电池的使用注意事项硅光电池的使用注意事项1) 不能受机械损伤，一旦电池破碎就无法再使用了。2) 不能受潮，也不能沾油污，否则将使抗反射膜脱落。3) 应避免用白炽灯的光源长时间照射硅光电池，这样会使电池的温度升高，降低输出功率。4) 硅光电池的输出电压一般为0.5V，为能获得较高的电压，可将硅光电池串联起来使用，如要获得较大的电流，也可将硅光电池并联使用。5) 硅光电池可作为光电开关的光接收器件，在其中起到一个自动开关的作用。当有光照射时，硅光电池输出电压，使晶体管导通。当无光照射时，硅光电池无电压输出，晶