第4章-光生伏特檢測器

1、第第4 章章 光生伏特檢測器光生伏特檢測器 光電二極管及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光電二極管及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 光電池及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光電池及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 光電三極管及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光電三極管及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 光伏探測器組合器件及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光伏探測器組合器件及其實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 利用半導(dǎo)體PN結(jié)光生伏特效應(yīng)制成的器件稱為光生伏特器件 (簡稱光生伏器件)，也稱結(jié)型光電器件。這類器件品很多，其 中包括各種光電池、光電二極管、光電三極管、光電PIN管、 雪崩光電二極管、位置敏感探測器（PSD）等。 光生伏特效應(yīng)與光導(dǎo)效應(yīng)同屬于內(nèi)光電效應(yīng)，然而兩者的導(dǎo)電 機(jī)理相差很大，光生伏特效應(yīng)是少數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)， 而光電導(dǎo)效應(yīng)是多數(shù)載流子導(dǎo)電的光電

2、效應(yīng)。這就使得光生伏 特器件在許多性能上與光電導(dǎo)器件有很大差別。 光生伏特器件的暗電流小、噪聲低、響應(yīng)速度快、光電特性的 線性以及受溫度影響小等特點(diǎn)是光電導(dǎo)器件所無法比擬的，而 光電導(dǎo)器件對(duì)微弱輻射的探測能力和光譜響應(yīng)范圍又是光生伏 特器件所不能比的。 1. 光伏探測器的工作模式光伏探測器的工作模式 2. 光伏探測器的伏安特性光伏探測器的伏安特性 4.1 光電二極管光電二極管 【任務(wù)要求】 通過對(duì)光電二極管理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握光電二極管 的基本知識(shí)和特性參數(shù)。 4.1.1 光電二極管的認(rèn)識(shí)光電二極管的認(rèn)識(shí) 光電二極管（Photo-Diode）和普通二極管一樣， 也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件

3、，具有單向?qū)щ娦浴?但在電路中它不是作整流元件，而是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)的光電傳感器件。 1. 光電二極管的結(jié)構(gòu)光電二極管的結(jié)構(gòu) 光電二極管從結(jié)型來分，有4種類型：即P-N結(jié)型（也稱 PD）、PIN結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型。 國產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為2CU 和2DU兩種系列。 2. 光電二極管的工作原理光電二極管的工作原理 （1）光伏模式 （2）光電導(dǎo)模式 （3）其他工作模式 3. 幾種特殊的光電二極管幾種特殊的光電二極管 （1）PIN光電二極管：在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著 一層相對(duì)很厚的本征半導(dǎo)體I層，降低了暗電流，從而使靈 敏度得以提高。 （2）雪崩光電二極管

4、（APD）：利用PN結(jié)在高反向電壓 下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種光電二極管。其原理類似 于光電倍增管。這種管子工作電壓很高，100200 V，接 近于反向擊穿電壓。 （3）肖特基勢壘光電二極管：肖特基勢壘光電二極管又稱 金屬半導(dǎo)體光電二極管，其勢壘不再是P-N結(jié)，而是金屬 和半導(dǎo)體接觸形成的阻擋層，即肖特基勢壘。 （4）紅外光電二極管：又叫紅外接收二極管，它能很好地 接收紅外發(fā)光二極管發(fā)射的波長為940nm的紅外光信號(hào)， 而對(duì)于其他波長的光線則不能接收，因而保證了接收的準(zhǔn) 確性和靈敏度。 4.1.2 光電二極管的特性參數(shù)光電二極管的特性參數(shù) 1. 暗電流暗電流ID 在無光照時(shí)，光電二極管加一定

5、反 向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，通常在50V 反壓下的暗電流小于100nA。 2. 光電流光電流IP 在受到一定光照和一定反壓條件下 ，流過管子的電流為光電流。一般 光電流為微安級(jí)，并且與照度成線 性關(guān)系。 3. 光照特性光照特性 光電二極管的光電流會(huì)隨光照強(qiáng)度 的變化而變化。 2021-7-3 4. 伏安特性伏安特性 無光照時(shí)，它的特性與一般二極管一樣。受 光照后，它的特性曲線沿著電流軸向下平移 ，平移的幅度與光照強(qiáng)度成正比例。特性曲 線在第三象限時(shí)，表明了管子在加有反向電 壓并受光照時(shí)的反向特性。 5. 時(shí)間響應(yīng)特性時(shí)間響應(yīng)特性 即當(dāng)入射輻射到光電探測器后或者入射輻射 被遮斷后，光電探測器的輸出升

6、到穩(wěn)定值或 下降到照射前的值所需的時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間 。 6. 光譜特性光譜特性 光電二極管的電流靈敏度與入射波長的關(guān)系 稱為光電二極管的光譜特性，亦稱為光譜響 應(yīng)。 2021-7-3 4.2 光電二極管的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光電二極管的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 【任務(wù)要求】 通過不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光電二極管 的認(rèn)知，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和光電二極管電路的分 析能力。 2021-7-3 4.2.1 實(shí)訓(xùn)一實(shí)訓(xùn)一 光電二極管的檢測光電二極管的檢測 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確使用儀器儀表檢測光電二極管； 2. 掌握光電二極管的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 光電二極管、萬用表、25W白熾燈（或其他光源）

7、【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 2021-7-3 4.2.2 實(shí)訓(xùn)二實(shí)訓(xùn)二 光電二極管的特性測試光電二極管的特性測試 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確使用儀器儀表檢測光電二極管的特性參數(shù)； 2. 掌握光電二極管特性參數(shù)的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 光電二極管、光源組件、照度計(jì)、電流表、電壓表、 電阻箱 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 1. 光電二極管暗電流測試光電二極管暗電流測試 2. 光電二極管光電流測試光電二極管光電流測試 3. 光電二極管光照特性光電二極管光照特性 2021-7-3 4. 光電二極管伏安特性光電二極管伏安特性 5. 光電二極

8、管時(shí)間響應(yīng)特性測試光電二極管時(shí)間響應(yīng)特性測試 6. 光電二極管光譜特性測試光電二極管光譜特性測試 2021-7-3 4.2.3 實(shí)訓(xùn)三實(shí)訓(xùn)三 光電二極管電路分析光電二極管電路分析 光控節(jié)能燈光控節(jié)能燈 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確分析光電二極管的電路； 2. 會(huì)設(shè)計(jì)簡單的光電二極管電路。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 多媒體、光控節(jié)能燈電路 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容實(shí)訓(xùn)內(nèi)容】 2021-7-3 該電路是采用JEC-2多功能集成電路制作的光控節(jié)能路燈， JEC-2射極耦合觸發(fā)器又稱多功能觸發(fā)器，它實(shí)際上是一個(gè) 三級(jí)反相器的連接電路。該電路可以實(shí)現(xiàn)的功能為：天黑 后，能自動(dòng)啟動(dòng)路燈進(jìn)行照明；天變亮?xí)r，又可自動(dòng)停止

9、 工作。 2021-7-3 【思考】 1. 詳細(xì)解釋電位器W在電路中的作用，它對(duì)光電二極 管VD有什么影響。 2. 普通二極管VD1在電路中的作用。 3. 二極管DW在電路中的作用。 4. 二極管VD2、VD3在電路中的作用。 5. 分析圖4-21所示的防盜報(bào)警器電路（其中KD-9561 型四聲模擬報(bào)警音響集成塊）。 2021-7-3 2021-7-3 4.3 光電池光電池 【任務(wù)要求】 通過對(duì)光電池理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握光電池的基本知識(shí)和 特性參數(shù)。 光電池是一種在光的照射下產(chǎn)生電動(dòng)勢的半導(dǎo)體元件，又 稱光伏電池。由于光電池常常用于把太陽能直接變成電能 ，因此又稱為太陽能電池。 光電池發(fā)電的原

10、理主要是基于半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)的光生伏 特效應(yīng)。 目前已進(jìn)行研究和試制的太陽能電池，除硅系列外，還有硒 光電池、鍺光電池、硅光電池、和硫化鎘、砷化鎵、碘化銦 光電池等，主要用于儀表，自動(dòng)化遙測和遙控等方面。 目前應(yīng)用最廣、最受重視的是硅光電池。硅光電池的價(jià)格便 宜、光電轉(zhuǎn)換效率高（最大的轉(zhuǎn)換效率如今可達(dá)18%）、光譜 響應(yīng)寬（很適合近紅外探測）、壽命長、穩(wěn)定性好、頻率特 性好且能耐高能輻射。 4.3.1 光電池的認(rèn)識(shí)光電池的認(rèn)識(shí) 1. 硅光電池的基本結(jié)構(gòu)硅光電池的基本結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上分，國產(chǎn)硅光電池主要有兩種系列：2DR型 和2CR型。 2. 硅光電池的工作原理硅光電池的工作原理 光電池是基于光生

11、伏特效應(yīng)制成的。 當(dāng)光照到光電池的PN結(jié)區(qū)時(shí)，如果光子能量足夠大，將在 結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對(duì)，光生電子空穴對(duì)的擴(kuò)散運(yùn) 動(dòng)使電子通過漂移運(yùn)動(dòng)被拉到N型區(qū)，空穴留在P區(qū)，所以 在N區(qū)聚積負(fù)電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出 現(xiàn)電位差。 3. 硅光電池的分類硅光電池的分類 （1）單晶硅光電池 （2）多晶硅光電池 （3）非晶硅光電池 4. 硅光電池的使用注意事項(xiàng)硅光電池的使用注意事項(xiàng) 1) 不能受機(jī)械損傷，一旦電池破碎就無法再使用了。 2) 不能受潮，也不能沾油污，否則將使抗反射膜脫落。 3) 應(yīng)避免用白熾燈的光源長時(shí)間照射硅光電池，這樣會(huì)使 電池的溫度升高，降低輸出功率。 4) 硅光電

12、池的輸出電壓一般為0.5V，為能獲得較高的電壓 ，可將硅光電池串聯(lián)起來使用，如要獲得較大的電流，也 可將硅光電池并聯(lián)使用。 5) 硅光電池可作為光電開關(guān)的光接收器件，在其中起到一 個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用。當(dāng)有光照射時(shí)，硅光電池輸出電壓， 使晶體管導(dǎo)通。當(dāng)無光照射時(shí)，硅光電池?zé)o電壓輸出，晶 體管截止不導(dǎo)通。 4.3.2 硅光電池的特性參數(shù)硅光電池的特性參數(shù) 1. 短路電流短路電流 2021-7-3 2. 開路電壓開路電壓 2021-7-3 3. 光照特性光照特性 光電池在不同光照度下，其光電流和光生電動(dòng)勢是不同的， 它們之間的關(guān)系就是光照特性。 4.伏安特性伏安特性 硅光電池輸入光強(qiáng)度不變時(shí)，測量當(dāng)負(fù)

13、載一定的范圍內(nèi)變化 時(shí)，光電池的輸出電壓及電流隨負(fù)載電阻變化關(guān)系曲線稱為 硅光電池的伏安特性。 2021-7-3 5. 負(fù)載特性負(fù)載特性(輸出特性輸出特性) 在內(nèi)電場作用下，入射光子由于內(nèi)光電效應(yīng)把處于介帶中的 束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生光伏電壓，在光電池兩端加一 個(gè)負(fù)載就會(huì)有電流流過，當(dāng)負(fù)載很小時(shí)，電流較小而電壓較 大；當(dāng)負(fù)載很大時(shí)，電流較大而電壓較小。實(shí)驗(yàn)時(shí)可改變負(fù) 載電阻RL的值來測定硅光電池的負(fù)載特性。 2021-7-3 6. 光譜特性光譜特性 一般光電池的光譜響應(yīng)特性表示在入射光能量保持一定的 條件下，光電池所產(chǎn)生光電流/電壓（即光電池的靈敏度） 與入射光波長之間的關(guān)系。對(duì)不同波長的

14、光，光電池的靈 敏度是不同的。 2021-7-3 4.4 硅光電池的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目硅光電池的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 【任務(wù)要求】 通過不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)硅光電池的 認(rèn)知，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和對(duì)硅光電池電路的分析 能力。 2021-7-3 4.4.1 實(shí)訓(xùn)一實(shí)訓(xùn)一 硅光電池的檢測的檢測 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確使用儀器儀表檢測光電池； 2. 掌握光電池的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 硅光電池、萬用表、25W白熾燈（或其他光源） 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 2021-7-3 4.4.2 實(shí)訓(xùn)二實(shí)訓(xùn)二 光電池的特性測試光電池的特性測試 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正

15、確使用儀器儀表檢測光電池的特性參數(shù)； 2. 掌握光電池特性參數(shù)的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 硅光電池、光源組件、照度計(jì)、電流表、電壓表、 電阻箱 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 1. 硅光電池短路電流特性測試硅光電池短路電流特性測試 2. 硅光電池開路電壓特性測試硅光電池開路電壓特性測試 3. 硅光電池光照特性硅光電池光照特性 2021-7-3 4. 硅光電池伏安特性硅光電池伏安特性 5. 硅光電池負(fù)載特性測試硅光電池負(fù)載特性測試 6. 硅光電池光譜特性測試硅光電池光譜特性測試 2021-7-3 4.4.3 實(shí)訓(xùn)三實(shí)訓(xùn)三 光電池電路分析光電池電路分析 太陽能手機(jī)充電器

16、太陽能手機(jī)充電器 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確分析光電池的電路； 2. 會(huì)設(shè)計(jì)簡單的光電池電路。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 多媒體、太陽能手機(jī)充電器電路 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容實(shí)訓(xùn)內(nèi)容】 2021-7-3 2021-7-3 【思考】 1. 電路4-41中電容C的作用？ 2. 當(dāng)電路中的蓄電池電量充滿后，詳細(xì)闡述電路如何 維持輸出電壓保持不變。 3. 分析硅光電池組成的光控開關(guān)電路。 2021-7-3 4.5 光電三極管光電三極管 【任務(wù)要求】 通過對(duì)光電三極管理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握光電三極管 的基本知識(shí)和特性參數(shù)。 4.5.1 光電三極管的認(rèn)識(shí)光電三極管的認(rèn)識(shí) 光電三極管是能把光信號(hào)變換為電信號(hào)的一種晶

17、體管，光照強(qiáng)弱變化時(shí)，電極之間的電阻會(huì)隨之變化， 所以也被稱為光敏三極管。光電三級(jí)管也有電流放大 作用，它和普通三級(jí)管的不同點(diǎn)在于它的集電極電流 不只是受基極電路的電流控制，也可以受光的控制。 1. 光電三極管的結(jié)構(gòu)光電三極管的結(jié)構(gòu) 光電三極管有兩個(gè)PN結(jié)，因而可以獲得電流增益，它比光 電二極管具有更高的靈敏度。 光電三極管有兩種基本結(jié)構(gòu)，NPN結(jié)構(gòu)與PNP結(jié)構(gòu)。用N型 硅材料為襯底制作的 NPN結(jié)構(gòu)，稱為 3DU型；用P型硅材 料為襯底制作的稱為PNP結(jié)構(gòu)，稱為3CU型。 2. 光電三極管的工作原理光電三極管的工作原理 光電三極管可以等效一個(gè)光電二極管與另一個(gè)一般晶體管 基極和集電極并聯(lián)：集

18、電極-基極產(chǎn)生的電流，輸入到三極 管的基極再放大。不同之處是，集電極電流（光電流）由 集電結(jié)上產(chǎn)生的i 控制。集電極起雙重作用：把光信號(hào)變 成電信號(hào)起光電二極管作用；使光電流再放大起一般三極 管的集電結(jié)作用。 4.5.2 光電三極管的特性參數(shù)光電三極管的特性參數(shù) 光電三極管的特性參數(shù)和光電二極管的基本相同。 光電三極管的光電流一般為微安級(jí)，并且與照度成線 性關(guān)系。 光照特性曲線的線性度不如光電二極管好，且在弱光 時(shí)光電流增加較慢。 光電三極管的響應(yīng)時(shí)間比光電二極管差的多，鍺光電 三極管的時(shí)間響應(yīng)比硅光電三極管的時(shí)間響應(yīng)差了一 個(gè)數(shù)量級(jí)。 2021-7-3 4.6 光電三極管的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光電三極管

19、的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 【任務(wù)要求】 通過不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光電三極管 的認(rèn)知，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和光電三極管電路的分 析能力。 2021-7-3 4.6.1 實(shí)訓(xùn)一實(shí)訓(xùn)一 光電三極管的檢測光電三極管的檢測 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確使用儀器儀表檢測光電三極管； 2. 掌握光電三極管的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 光電三極管、萬用表、25W白熾燈（或其他光源） 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 1. 光電二極管與光電三極管的判定方法光電二極管與光電三極管的判定方法 2. 光電三極管的管腳判定光電三極管的管腳判定 2021-7-3 4.6.2 實(shí)訓(xùn)二實(shí)訓(xùn)二 光電三

20、極管的特性測試光電三極管的特性測試 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確使用儀器儀表檢測光電三極管的特性參數(shù)； 2. 掌握光電三極管特性參數(shù)的檢測方法。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 光電三極管、光源組件、照度計(jì)、電流表、電壓表、 電阻箱 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟】 2021-7-3 1. 光電三極管暗電流測試光電三極管暗電流測試 2. 光電三極管光電流測試光電三極管光電流測試 3. 光電三極管光照特性光電三極管光照特性 4. 光電三極管伏安特性光電三極管伏安特性 5. 光電三極管時(shí)間響應(yīng)特性測試光電三極管時(shí)間響應(yīng)特性測試 6. 光電三極管光譜特性測試光電三極管光譜特性測試 2021-7-3 4.

21、2.3 實(shí)訓(xùn)三實(shí)訓(xùn)三 光電三極管電路分析光電三極管電路分析 防盜報(bào)警防盜報(bào)警“犬犬” 【實(shí)訓(xùn)目的實(shí)訓(xùn)目的】 1. 會(huì)正確分析光電三極管的電路； 2. 會(huì)設(shè)計(jì)簡單的光電三極管電路。 【實(shí)訓(xùn)器材實(shí)訓(xùn)器材】 多媒體、防盜報(bào)警器電路 【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容實(shí)訓(xùn)內(nèi)容】 2021-7-3 整個(gè)電路由光控電子開關(guān)和狗叫聲語 音集成電路兩大部分組成。IC1是 MSS0287-29狗叫聲語音集成電路， VT1為3DU5型光電三極管，R1R5 為18W碳膜電阻器。 2021-7-3 【思考】 1. 電路中電容C1的作用，是否可以去掉？ 2. 電路中電容C2的作用？ 3. 詳細(xì)闡述芯片IC1的輸入管腳3和輸出管腳5之間的信 號(hào)

22、關(guān)系。 4. 電路中的光電三極管是否可以換成光電二極管或光 敏電阻，為什么？ 5. 分析圖4-50所示的電路的工作過程，并分析該電路 可以實(shí)現(xiàn)什么功能。 2021-7-3 2021-7-3 4.7 光伏探測器組合器件光伏探測器組合器件 【任務(wù)要求】 通過對(duì)光伏探測器組合器件理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握光 伏探測器組合器件的基本知識(shí)和特性參數(shù)。 4.7.1 半導(dǎo)體色敏感器件半導(dǎo)體色敏感器件 1. 半導(dǎo)體色敏感器件的認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體色敏感器件的認(rèn)識(shí) 半導(dǎo)體色敏傳感器是半導(dǎo)體光敏器件的一種，它也是 基于半導(dǎo)體的內(nèi)光效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光 輻射探測器件，可直接用來測量從可見光到近紅外波 段內(nèi)單色輻射的光波。

23、 （1）半導(dǎo)體色敏傳感器的基本結(jié)構(gòu)）半導(dǎo)體色敏傳感器的基本結(jié)構(gòu) 它是由在半導(dǎo)體表面近處形成的光電二極管PD1和在較 深處形成的光電二極管PD2并互為反向?qū)χ盟鶚?gòu)成的。 （2）半導(dǎo)體色敏傳感器的工作原理）半導(dǎo)體色敏傳感器的工作原理 半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌ㄩL分別具有不同靈敏度。 這一特性為識(shí)別顏色提供了可能性。 利用不同結(jié)深二極管的組合，即可構(gòu)成測定波長的半導(dǎo) 體色敏傳感器。 （3）半導(dǎo)體色敏傳感器的分類）半導(dǎo)體色敏傳感器的分類 1） 色標(biāo)傳感器，它使用一個(gè)白熾燈光源或單色LED 光源； 2） RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，它檢測目標(biāo)物體對(duì) 三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。 2. 半導(dǎo)體色敏

24、傳感器的特性參數(shù)半導(dǎo)體色敏傳感器的特性參數(shù) （1） 光譜特性光譜特性 半導(dǎo)體色敏器件的光譜特性是表示它所能檢測的波長 范圍, 不同型號(hào)之間略有差別。 （2）短路電流比）短路電流比波長特性波長特性 短路電流比波長特性是表征半導(dǎo)體色敏器件對(duì)波長 的識(shí)別能力, 是賴以確定被測波長的基本特性。 （3）溫度特性）溫度特性 4.7.2 光電位置探測器 1. 光電位置傳感器的認(rèn)識(shí)光電位置傳感器的認(rèn)識(shí) 光電位置敏感器件PSD（Position Sensitive Detector） 是一種對(duì)其感光面上入射光斑重心位置敏感的光電器 件。即當(dāng)入射光斑落在器件感光面的不同位置時(shí)， PSD將對(duì)應(yīng)輸出不同的電信號(hào)。通過

25、對(duì)此輸出電信號(hào) 的處理，即可確定入射光斑在PSD的位置。 （1）光電位置傳感器的基本結(jié)構(gòu)）光電位置傳感器的基本結(jié)構(gòu) 光電位置傳感器基本結(jié)構(gòu)如圖4-58所示，1，2，3分別 為導(dǎo)電電極。 光電位置傳感器通常分為一維PSD器件和二維PSD器件。 一維PSD可以測定光點(diǎn)的一維位置坐標(biāo)，二維PSD可測光 點(diǎn)的平面位置坐標(biāo)。由于PSD是分割型元件，對(duì)光斑的形 狀無嚴(yán)格的要求，光敏面上無象限分隔線，所以對(duì)光斑位 置可進(jìn)行連續(xù)測量從而獲得連續(xù)的坐標(biāo)信號(hào)。 （2）PSD器件的工作原理器件的工作原理 當(dāng)入射光點(diǎn)位置固定時(shí)，PSD的單個(gè)電極輸出電流與入射 光強(qiáng)度成正比。而當(dāng)入射光強(qiáng)度不變時(shí)，單個(gè)電極的輸出 電流與

26、入射光點(diǎn)距PSD中心的距離x呈線性關(guān)系。 故其結(jié)果只與光點(diǎn)的位置坐標(biāo)x有關(guān)，而與入射光強(qiáng)度無關(guān) ，此時(shí)PSD就成為僅對(duì)入射光點(diǎn)位置敏感的器件。Px稱為 一維PSD的位置輸出信號(hào)。 L x II II PX 12 12 2. 光電位置傳感器（光電位置傳感器（PSD）的性能指標(biāo)）的性能指標(biāo) （1）有效光敏面尺寸）有效光敏面尺寸 有效光敏面尺寸與PSD電極間距相等。 （2）光譜響應(yīng)特性）光譜響應(yīng)特性 PSD光譜響應(yīng)特性是指在單位光功率的單色光照射下 ，PSD的輸出電流隨波長變化的特性。 （3）位置分辨力）位置分辨力 位置分辨力是指能夠被檢測得到的光點(diǎn)在PSD光敏面 上的最小位移量，用極間電阻長度的一

27、部分表示。 （4）位置檢測誤差）位置檢測誤差 當(dāng)一束光照射在PSD的電氣中心時(shí)，其兩端輸出電流 I1=I2，若把電氣中點(diǎn)定義為PSD原點(diǎn)，則PSD計(jì)算得 到的位置通常與入射光的確切位置有細(xì)微的差別，即 位置檢測誤差。 （5）響應(yīng)速度）響應(yīng)速度 響應(yīng)速度是反映PSD動(dòng)態(tài)特性的重要指標(biāo)，它是指入 射光產(chǎn)生的載流子到外電路形成電流所需要的時(shí)間， 表示為上升時(shí)間。 4.7.3 光電耦合器 光電耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電 隔離器，簡稱光耦，它是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種 “電一光一電”轉(zhuǎn)換器件。 它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組 裝在同一密閉的殼體內(nèi)

28、，彼此間用透明絕緣體隔離。 1. 光電耦合器的結(jié)構(gòu)光電耦合器的結(jié)構(gòu) 光電耦合器件的基本結(jié)構(gòu)如圖4-65所示，圖4-65 a)為 發(fā)光器件與光電接收器件被封裝在黑色樹脂外殼內(nèi)構(gòu) 成光電耦合器件；圖4-65 b)則是將發(fā)光器件與光電器 件封裝在金屬管殼內(nèi)構(gòu)成的光電耦合器件，使發(fā)光器 件與光電接收器件靠得很近，但不接觸。 2. 光電耦合器的工作原理及組合形式光電耦合器的工作原理及組合形式 當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通 過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo) 通；當(dāng)輸入端無信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管 截止，CE不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0” 時(shí)，光敏三極管截止

29、，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為 高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平 “ 0”。 光電耦合器的組合形式還有多種，如圖4-73所示。圖中a） 所示的為最普通的光電二極管接收型；b）所示的組合形式 采用了放大三極管構(gòu)成的高傳輸效率的光電耦合器，適用 于直接驅(qū)動(dòng)和較低頻率的裝置中；c）形式為晶閘管接收型 ，適合高速、高傳輸效率的光電耦合器。 3. 光電耦合器件的分類光電耦合器件的分類 光電耦合器大致分為三類。 一類是光隔離器，它是把發(fā)光器件和光敏器件對(duì)置在一起 構(gòu)成的，可用它完成電信號(hào)的耦合和傳遞。 另一類是光傳感器，也稱為光電耦合開關(guān)，它有反光式和 遮光式兩種。 第三類是光敏元件集成功

30、能塊，它是把發(fā)光器件、光敏器 件和雙極型集成電路組合在一起的集成功能塊。 2021-7-3 4. 光電耦合器件的應(yīng)用光電耦合器件的應(yīng)用 （1）電平轉(zhuǎn)換 （2）邏輯門電路 （3）光隔離電路 （4）光電開關(guān)電路 4. 光電耦合器件的應(yīng)用光電耦合器件的應(yīng)用 5. 光電耦合器件的特性參數(shù)光電耦合器件的特性參數(shù) （1）傳輸特性）傳輸特性 1）電流傳輸比 2）最高工作頻率fm （2） 隔離特性隔離特性 1）輸入與輸出間隔離電壓BVCFO 2）輸入與輸出間的絕緣電阻RFC 3）光電耦合器件的抗干擾特性 4.8 光伏探測器組合器件的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目光伏探測器組合器件的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 【任務(wù)要求】 通過不同的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光伏探測器 組合器件的認(rèn)知，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和對(duì)相應(yīng)電路 的分析能力。 4.8.1實(shí)訓(xùn)一實(shí)訓(xùn)一 PSD光電位置傳感器光電位置傳感器 的位移測量及光電特性的位移測量及光電特性 【實(shí)訓(xùn)目的】【實(shí)訓(xùn)目的】 1了解PSD光電位置傳感器的結(jié)構(gòu)； 2掌握PSD光電位置傳感器的工作原理； 3了解PSD器件對(duì)入射光強(qiáng)度改變的反應(yīng)及光點(diǎn)大小對(duì)光 生電流的影響。 【實(shí)訓(xùn)器材】【實(shí)訓(xùn)器材】 PSD組件(器件已裝在基座上)、固體激光器、激光