第二章光電導(dǎo)器件

1、 第第2 2章章 光電導(dǎo)器件光電導(dǎo)器件光敏電阻光敏電阻 半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件是利用半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件是利用半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器。光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器。 光電導(dǎo)效應(yīng)是表示材料收到光輻射后，光電導(dǎo)效應(yīng)是表示材料收到光輻射后，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化。材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化。 典型的光電導(dǎo)器件是光敏電阻。典型的光電導(dǎo)器件是光敏電阻。2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)一、光敏電阻的基本原理一、光敏電阻的基本原理 在在均質(zhì)均質(zhì)的的光電導(dǎo)體兩端加上光電導(dǎo)體兩端加上電極后構(gòu)成光敏電阻電極后構(gòu)成光敏電阻，兩電極加，兩電極加上一定電壓后，當(dāng)光照射到光電上一定電壓后，

2、當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上，導(dǎo)體上，由光照產(chǎn)生的光生載流由光照產(chǎn)生的光生載流子在外加電場作用下沿一定方向子在外加電場作用下沿一定方向運(yùn)動運(yùn)動，在電路中產(chǎn)生電流，達(dá)到，在電路中產(chǎn)生電流，達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的。光電轉(zhuǎn)換的目的。2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)一、光敏電阻的基本原理一、光敏電阻的基本原理光敏電阻分類：光敏電阻分類： 本征型半導(dǎo)體光敏電阻本征型半導(dǎo)體光敏電阻 摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻電子能量電子能量導(dǎo)帶導(dǎo)帶價帶價帶禁帶禁帶EvEgEc電子能量電子能量導(dǎo)帶導(dǎo)帶價帶價帶施主能級施主能級EvEdEdEc2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)L

3、g1.24()mE一、光敏電阻的基本原理一、光敏電阻的基本原理本征型光敏電阻的長波限：本征型光敏電阻的長波限：LD1.24()mE摻雜型光敏電阻的長波限：摻雜型光敏電阻的長波限： 由于由于EgEdEgEd，所以摻雜型半導(dǎo)體光敏電，所以摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻對紅外波段較為敏感。阻對紅外波段較為敏感。2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)二、光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)二、光敏電阻的基本結(jié)構(gòu) 光敏電阻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則光敏電阻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則：由于光電導(dǎo)靈敏：由于光電導(dǎo)靈敏度度SgSg與兩電極間距離與兩電極間距離l l成反比。因此，為了提高光敏成反比。因此，為了提高光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度，

4、要盡可能地電阻的光電導(dǎo)靈敏度，要盡可能地縮短縮短光敏電阻兩光敏電阻兩電極間的距離。電極間的距離。2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)二、光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)二、光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)三、典型光敏電阻三、典型光敏電阻 光敏電阻按照它的光譜特性及最佳工作波長范圍分，可分光敏電阻按照它的光譜特性及最佳工作波長范圍分，可分為三類：（為三類：（1 1）對紫外光靈敏的光敏電阻（）對紫外光靈敏的光敏電阻（CdSCdS、CdSeCdSe）；）；（2 2）對可見光靈敏的光敏電阻（）對可見光靈敏的光敏電阻（TiSTiS、CdSCdS、CdSeC

5、dSe）；）；（3 3）對紅外光靈敏的光敏電阻（）對紅外光靈敏的光敏電阻（PbSPbS、PbTePbTe、PbSePbSe、InSbInSb、HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe、PbPb1-x1-xSnSnx xTeTe和鍺摻雜等）。和鍺摻雜等）。2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)（1 1）CdSCdS光敏電阻光敏電阻 CdSCdS光敏電阻被廣泛地應(yīng)用于燈光的自動控制，自動調(diào)光調(diào)光敏電阻被廣泛地應(yīng)用于燈光的自動控制，自動調(diào)光調(diào)焦和自動照相機(jī)中。焦和自動照相機(jī)中。 CdSe CdSe光敏電阻為光敏電阻為0.72m0.72m，一般調(diào)整，一般調(diào)整S S和和SeSe的比例

6、，可使的比例，可使CdCd（S S，SeSe）光敏電阻的峰值響應(yīng)波長大致控制在）光敏電阻的峰值響應(yīng)波長大致控制在0.520.520.72m0.72m范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。若在若在CdSCdS中摻入微量雜質(zhì)銅和氯，可使器件的光譜響應(yīng)向遠(yuǎn)紅外延中摻入微量雜質(zhì)銅和氯，可使器件的光譜響應(yīng)向遠(yuǎn)紅外延伸。伸。 CdS CdS光敏電阻是光敏電阻是可見光波段可見光波段內(nèi)最靈敏的光電導(dǎo)器件，峰值波內(nèi)最靈敏的光電導(dǎo)器件，峰值波長為長為0.520.52m m，它的光譜響應(yīng)特性最接近人眼光譜光視效率它的光譜響應(yīng)特性最接近人眼光譜光視效率。 2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)（2 2）PbSPbS光敏電

7、阻光敏電阻 PbSPbS光敏電阻是光敏電阻是近紅外波段近紅外波段最靈敏的光電導(dǎo)器件。最靈敏的光電導(dǎo)器件。 PbSPbS光敏電阻在光敏電阻在2m2m附近的紅外輻射的探測靈敏度很高，因附近的紅外輻射的探測靈敏度很高，因此，常用于火災(zāi)的探測等領(lǐng)域。此，常用于火災(zāi)的探測等領(lǐng)域。 PbSPbS光敏電阻的光譜響應(yīng)和比探測率等特性與工作溫度有關(guān)，光敏電阻的光譜響應(yīng)和比探測率等特性與工作溫度有關(guān)，隨著工作溫度的降低其峰值響應(yīng)波長和長波長將向長波方向延伸，隨著工作溫度的降低其峰值響應(yīng)波長和長波長將向長波方向延伸，且比探測率且比探測率D D* *增加。增加。例如，室溫下的例如，室溫下的PbS光敏電阻的光譜響應(yīng)范圍

8、為光敏電阻的光譜響應(yīng)范圍為13.5m，峰 值 波 長 為峰 值 波 長 為 2 . 4 m ， 峰 值， 峰 值 比 探 測 率比 探 測 率 D * 高 達(dá)高 達(dá)11011cmHzW-1。當(dāng)溫度降低到（。當(dāng)溫度降低到（195K）時，光譜響）時，光譜響應(yīng)范圍為應(yīng)范圍為14m，峰值響應(yīng)波長移到，峰值響應(yīng)波長移到2.8m，峰值波長，峰值波長的比探測率的比探測率D*也增高到也增高到21011cmHzW-1。 比探測率：當(dāng)探測器的接收面積為單位面積，放大器比探測率：當(dāng)探測器的接收面積為單位面積，放大器的帶寬為的帶寬為1HZ時候，單位功率輻射所獲得的信噪比為時候，單位功率輻射所獲得的信噪比為比探測率比探

9、測率2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)（3 3）InSbInSb光敏電阻光敏電阻 InSb InSb光敏電阻是光敏電阻是3 35m5m光譜范圍內(nèi)的主要探測器件之一。光譜范圍內(nèi)的主要探測器件之一。 InSbInSb光敏電阻在室溫下的長波長可達(dá)光敏電阻在室溫下的長波長可達(dá)7.5m7.5m，峰值波長在，峰值波長在6m6m附近，比探測率附近，比探測率D D* *約為約為1 110101111cmcmHzHzW W-1-1。當(dāng)溫度降低到。當(dāng)溫度降低到77K77K（液氮）時，其長波長由（液氮）時，其長波長由7.5m7.5m縮短到縮短到5.5m5.5m，峰值波長也將移，峰值波長也將移至

10、至5m5m，恰為大氣的窗口范圍，峰值比探測率，恰為大氣的窗口范圍，峰值比探測率D D* *升高到升高到2 210101111cmcmHzHzW W-1-1。 2.1 2.1 光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻的原理與結(jié)構(gòu)（3 3） HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe系列光敏電阻系列光敏電阻 HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe系列光電導(dǎo)探測器件是系列光電導(dǎo)探測器件是目前所有紅外探測器中性能最目前所有紅外探測器中性能最優(yōu)良最有前途的探測器件優(yōu)良最有前途的探測器件，尤其是對于，尤其是對于4 48m8m大氣窗口波段輻射的大氣窗口波段輻射的探測更為重要。探測更為重要。 HgHg1-x1-xCd

11、Cdx xTeTe系列光電導(dǎo)體是由系列光電導(dǎo)體是由HgTeHgTe和和CdTeCdTe兩種材料的晶體兩種材料的晶體混合制造的，其中混合制造的，其中x x標(biāo)明標(biāo)明CdCd元素含量的組分。在制造混合晶體時選元素含量的組分。在制造混合晶體時選用不同用不同CdCd的組分的組分x x，可以得到不同的禁帶寬度，可以得到不同的禁帶寬度EgEg，便可以制造出不，便可以制造出不同波長響應(yīng)范圍的同波長響應(yīng)范圍的HgHg1-x1-xCdCdx xTeTe探測器件。一般組分探測器件。一般組分x x的變化范圍為的變化范圍為0.180.180.40.4，長波長的變化范圍為，長波長的變化范圍為1 130m30m。 2.2

12、2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性一、光敏電阻的光電特性一、光敏電阻的光電特性 光敏電阻在黑暗的室溫條件下，由于熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子光敏電阻在黑暗的室溫條件下，由于熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子使它具有的電導(dǎo)，稱為使它具有的電導(dǎo)，稱為暗電導(dǎo)暗電導(dǎo)。暗電導(dǎo)值很小。暗電導(dǎo)值很小。 當(dāng)有光照射在光敏電阻上時，它的電導(dǎo)將變大，這時的電當(dāng)有光照射在光敏電阻上時，它的電導(dǎo)將變大，這時的電導(dǎo)稱為導(dǎo)稱為光電導(dǎo)光電導(dǎo)。 電導(dǎo)隨光照量變化越大的光敏電阻，其靈敏度越高，電導(dǎo)隨光照量變化越大的光敏電阻，其靈敏度越高，這個特性稱為光敏電阻的這個特性稱為光敏電阻的光電特性光電特性。 光敏電阻為多數(shù)電子導(dǎo)電的光電敏感器件，它光

13、敏電阻為多數(shù)電子導(dǎo)電的光電敏感器件，它與其他光電器件的特性的差別表現(xiàn)在它的基本特性與其他光電器件的特性的差別表現(xiàn)在它的基本特性參數(shù)上。光敏電阻的基本特性參數(shù)包含參數(shù)上。光敏電阻的基本特性參數(shù)包含光電導(dǎo)特性光電導(dǎo)特性、伏安特性、時間響應(yīng)、光譜響應(yīng)、與噪聲特性伏安特性、時間響應(yīng)、光譜響應(yīng)、與噪聲特性等。等。 2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性光敏電阻的電導(dǎo)隨光照量有怎樣的變化規(guī)律呢？光敏電阻的電導(dǎo)隨光照量有怎樣的變化規(guī)律呢？ 2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性12, egCE, egCE一、光敏電阻的光電特性一、光敏電阻的光電特性弱輻射弱輻射 強(qiáng)輻射強(qiáng)輻射 ？一

14、般輻射一般輻射 , egCE光電轉(zhuǎn)換因子在弱輻光電轉(zhuǎn)換因子在弱輻射作用的情況下為射作用的情況下為1(=1) )，隨著入射，隨著入射輻射的增強(qiáng)，輻射的增強(qiáng)，值減值減小，當(dāng)入射輻射很強(qiáng)小，當(dāng)入射輻射很強(qiáng)時時值降低到值降低到0.5。在恒定電壓的作用下，流過光敏電阻的光電流為：在恒定電壓的作用下，流過光敏電阻的光電流為： 2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性,ppegeIg UCE UUS E一、光敏電阻的光電特性一、光敏電阻的光電特性2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性,ppegeIg UCE UUS E當(dāng)照度范圍為當(dāng)照度范圍為 小于小于1010-1 -1 lx lx

15、 時，時， 此時此時, ,光電流為光電流為1一、光敏電阻的光電特性一、光敏電阻的光電特性,pgepIUS Eg U,()pDpDgeDIIIg Ug US EgUgU 其中，其中， 為暗電導(dǎo)；為暗電導(dǎo)； 為亮電導(dǎo)；為亮電導(dǎo)； 為光電導(dǎo)，單為光電導(dǎo)，單位為位為“西門子西門子”，簡稱，簡稱“西西”，符號為，符號為S S。pDggggDg若考慮暗電導(dǎo)產(chǎn)生的電流，則流過光敏電阻的電流為若考慮暗電導(dǎo)產(chǎn)生的電流，則流過光敏電阻的電流為思考：思考：亮電阻，亮電阻，暗電阻暗電阻大好還大好還是小好？是小好？2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性一、光敏電阻的光電特性一、光敏電阻的光電特性值為對數(shù)坐

16、標(biāo)下值為對數(shù)坐標(biāo)下特性曲線的斜率。特性曲線的斜率。即即 1221loglogloglogRREER1與與R2分別是照度分別是照度為為E1和和E2時光敏電時光敏電阻的阻值。阻的阻值。 012345I/mA L/lx10002000光敏電阻光敏電阻不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電的不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。開關(guān)。2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性二、光敏電阻的伏安特性二、光敏電阻的伏安特性 光敏電阻的本質(zhì)是光敏電阻的本質(zhì)是電電阻阻，符合，符合歐姆定律歐姆定律。因此，。因此，它具有與普通電阻相

17、似的伏它具有與普通電阻相似的伏安特性。定義安特性。定義不同光照下，不同光照下，加在光敏電阻兩端的電壓加在光敏電阻兩端的電壓U U與流過它的電流與流過它的電流I Ip p的關(guān)系曲的關(guān)系曲線線，為光敏電阻的，為光敏電阻的伏安特性伏安特性。2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性三、光敏電阻的溫度特性三、光敏電阻的溫度特性2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性四、時間響應(yīng)四、時間響應(yīng) 光敏電阻在光照時，光生載流子的產(chǎn)生或者消失都光敏電阻在光照時，光生載流子的產(chǎn)生或者消失都要經(jīng)過一段時間，這就是光敏電阻的響應(yīng)時間或馳豫時間，要經(jīng)過一段時間，這就是光敏電阻的響應(yīng)時間或馳豫時間，

18、它反映了光敏電阻的惰性，響應(yīng)時間長說明光敏電阻對光它反映了光敏電阻的惰性，響應(yīng)時間長說明光敏電阻對光的變化反應(yīng)慢或惰性大。的變化反應(yīng)慢或惰性大。 PbSPbS光敏電阻的響應(yīng)時間，在室溫時，一般為光敏電阻的響應(yīng)時間，在室溫時，一般為100100300300微秒，低溫時則長到幾十毫秒；微秒，低溫時則長到幾十毫秒；PbSePbSe光敏電阻的響應(yīng)時間，光敏電阻的響應(yīng)時間，在室溫時為在室溫時為5 5微秒，當(dāng)溫度低到干冰溫度時，響應(yīng)時間為微秒，當(dāng)溫度低到干冰溫度時，響應(yīng)時間為3030微秒。微秒。25當(dāng)當(dāng)用一個理想方波脈沖輻射照射光敏電阻時，光生電子要有產(chǎn)用一個理想方波脈沖輻射照射光敏電阻時，光生電子要有產(chǎn)

19、生的過程，光生電導(dǎo)率生的過程，光生電導(dǎo)率要經(jīng)過一定的時間才能達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)要經(jīng)過一定的時間才能達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)停止輻射時，復(fù)合光生載流子也需要時間，表現(xiàn)出光敏電阻具停止輻射時，復(fù)合光生載流子也需要時間，表現(xiàn)出光敏電阻具有較大的慣性。有較大的慣性。 光敏電阻的慣性與入射輻射信號的強(qiáng)弱有關(guān)，下面分別討光敏電阻的慣性與入射輻射信號的強(qiáng)弱有關(guān)，下面分別討論。論。 (1). 弱輻射作用情況下的時間響應(yīng)弱輻射作用情況下的時間響應(yīng) 00t0t=026)1(/0 te )1(/0 teII 當(dāng)當(dāng)t=r時，時， =0.630，I=0.63Ie0； r定義為光敏電阻的上升時間常數(shù)定義為光敏電阻的上升時間常數(shù) 停止輻射時

20、，入射輻射通量停止輻射時，入射輻射通量e與時間的關(guān)系為與時間的關(guān)系為 00t=0t0光電導(dǎo)率和光電流隨時間變化的規(guī)律為光電導(dǎo)率和光電流隨時間變化的規(guī)律為 對于本征光電導(dǎo)器件在非平衡狀態(tài)下光電導(dǎo)率對于本征光電導(dǎo)器件在非平衡狀態(tài)下光電導(dǎo)率和光電流和光電流I隨時間變化的規(guī)律為隨時間變化的規(guī)律為 27光電導(dǎo)率和光電流隨時間變化的規(guī)律為光電導(dǎo)率和光電流隨時間變化的規(guī)律為 /0te /0teII 顯然，光敏電阻在弱輻射作用顯然，光敏電阻在弱輻射作用下的上升時間常數(shù)下的上升時間常數(shù)r與下降時與下降時間常數(shù)間常數(shù)f 近似相等。近似相等。 (2). 強(qiáng)輻射作用情況下的時間響應(yīng)強(qiáng)輻射作用情況下的時間響應(yīng) 00t=

21、0t0 00t0t=028光敏電阻電導(dǎo)率的變化規(guī)律為光敏電阻電導(dǎo)率的變化規(guī)律為 ttanh0 tIItanh0 其光電流的變化規(guī)律為其光電流的變化規(guī)律為 停止輻射時光電導(dǎo)率和光停止輻射時光電導(dǎo)率和光電流的變化規(guī)律可表示為電流的變化規(guī)律可表示為 /110t /110tII 光敏電阻的主要噪聲有熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合和低頻光敏電阻的主要噪聲有熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合和低頻噪聲噪聲( (或稱或稱1/f1/f噪聲噪聲) )。 2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性2204ngrIfiN222041 (2) ngrIfiNf 五、噪聲特性五、噪聲特性1 1、熱噪聲、熱噪聲2NJ22d04K( )(1)T

22、 fifR 2NJd4K( )T fifR2 2、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲 12222NJngrnf()Niiii2nfCIiff3 3、低頻噪聲（電流噪聲）、低頻噪聲（電流噪聲）總噪聲總噪聲202040406060808010010040408080120120160160200200240240/m/m3 31 12 2相相對對靈靈敏敏度度1 1硫化鎘硫化鎘2 2硒化鎘硒化鎘3 3硫化硫化鉛鉛在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。六、光譜響應(yīng)六、光譜響應(yīng)2.2 2

23、.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性31 指光敏電阻的時間特性與工作前指光敏電阻的時間特性與工作前“歷史歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)象有關(guān)的一種現(xiàn)象。即測試前光敏電阻所處狀態(tài)對光敏電阻特性的影響。即測試前光敏電阻所處狀態(tài)對光敏電阻特性的影響。 暗態(tài)前歷效應(yīng)：暗態(tài)前歷效應(yīng)：指光敏電阻測試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)指光敏電阻測試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后光電流上升的快慢程度。一般地，工作電它突然受到光照后光電流上升的快慢程度。一般地，工作電壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越重，光電流上升壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越重，光電流上升越慢。越慢。 1-黑暗放置黑暗放置3分鐘后分鐘后 2-黑

24、暗放置黑暗放置60分鐘后分鐘后 3-黑暗放置黑暗放置24小時后小時后七、前例效應(yīng)七、前例效應(yīng)2.2 2.2 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性32 亮態(tài)前歷效應(yīng)：亮態(tài)前歷效應(yīng)：光敏電阻測試或工作前已處于亮光敏電阻測試或工作前已處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時所要達(dá)到的照度不同時，所出態(tài)，當(dāng)照度與工作時所要達(dá)到的照度不同時，所出現(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象?，F(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象。3.1.2、光敏電阻特性參數(shù)、光敏電阻特性參數(shù)33l光譜響應(yīng)范圍相當(dāng)寬?？梢姽?、紅外、遠(yuǎn)紅外、光譜響應(yīng)范圍相當(dāng)寬。可見光、紅外、遠(yuǎn)紅外、紫外區(qū)域紫外區(qū)域l工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。l所測光電強(qiáng)度范圍寬，既可測弱光，也可測

25、強(qiáng)光所測光電強(qiáng)度范圍寬，既可測弱光，也可測強(qiáng)光l靈敏度高，光電增益可以大于靈敏度高，光電增益可以大于1l無選擇極性之分，使用方便。無選擇極性之分，使用方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 強(qiáng)光下光電線性度較差，弛豫時間過長，頻率特強(qiáng)光下光電線性度較差，弛豫時間過長，頻率特性差。性差。工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路一、基本偏置電路一、基本偏置電路 設(shè)在某照度設(shè)在某照度E Ev v下，光敏電阻的阻值為下，光敏電阻的阻值為R R，電，電導(dǎo)為導(dǎo)為g g，則，則11gvRgS E用微變量表示用微變量表示 LLR RbbUI 根據(jù)偏置電路，可得到流過偏置電阻根據(jù)偏置電路，可得到流過

26、偏置電阻R RL的的電流為電流為I IL L Rd)RR(d2LLbbUI2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路一、基本偏置電路一、基本偏置電路 負(fù)號的物理意義是：當(dāng)光敏電阻上的照度增加，電導(dǎo)負(fù)號的物理意義是：當(dāng)光敏電阻上的照度增加，電導(dǎo)增大（增大（dg0dg0），阻值減?。ǎ?，阻值減?。╠R0dR00）。）。由由 1gvRS E代入代入 得到得到Rd)RR(d2LLbbUI1gvddS ER2gvdRS dER2gvdRS R dE 2L2Ld(R R )bbgvU S RIdE2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路一、基本偏置電路一、基本偏置電路把變化量表示成微

27、變量把變化量表示成微變量bbRLUURRR2L2L(R R )bbgvU S Rie加在光敏電阻加在光敏電阻R R上的電壓為上的電壓為bbRRgvgvLUUU RigS eS eRR光電流的微變量為光電流的微變量為 2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路一、基本偏置電路一、基本偏置電路2代入代入 得到得到iRRRiLL偏置電阻偏置電阻R RL L兩端的輸出電壓為兩端的輸出電壓為 v2LgL2LLLLL)RR(UeSRRiRRRRiRubb 可見，當(dāng)電路參數(shù)確定后，輸出電壓信號與弱輻射入射輻可見，當(dāng)電路參數(shù)確定后，輸出電壓信號與弱輻射入射輻射量（照度射量（照度e ev v）成線性關(guān)

28、系。）成線性關(guān)系。 2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路二、恒流偏置電路二、恒流偏置電路 在簡單偏置電路中，當(dāng)在簡單偏置電路中，當(dāng)R RL LR R時，流過光敏電阻的電流基本不時，流過光敏電阻的電流基本不變，此時的偏置電路稱為恒流電路。變，此時的偏置電路稱為恒流電路。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管D DW W將晶體三極管的基極將晶體三極管的基極電壓穩(wěn)定，即電壓穩(wěn)定，即U UB B=U=UW W，流過晶體三極，流過晶體三極管發(fā)射極的電流管發(fā)射極的電流I Ie e 為為 BbeWbeeeeUUIUURR2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路二、恒流偏置電路二、恒流偏置電路在晶體管恒流

29、偏置電路中在晶體管恒流偏置電路中, ,輸出電壓輸出電壓U Uo o為為 RIUUcbbo22occdd()wbepgpvpgveUUUIRIS R dER S dER 顯然，恒流偏置電路的電壓靈敏度顯然，恒流偏置電路的電壓靈敏度S SV V為為 g2eWvSRRUS 微變量為微變量為 2wopgveUuR S eR2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路三、恒壓偏置電路三、恒壓偏置電路 在簡單偏置電路中，當(dāng)在簡單偏置電路中，當(dāng)R RL LRR時，加在時，加在光敏電阻上的電壓近似為電源電壓，為不光敏電阻上的電壓近似為電源電壓，為不隨入射輻射量變化的恒定電壓，此時的偏隨入射輻射量變化的

30、恒定電壓，此時的偏置電路稱為恒壓偏置電路。置電路稱為恒壓偏置電路。EWbeUUU0.7beUVWbeUUEWUU2.3 2.3 光敏電阻的變換電路光敏電阻的變換電路三、恒壓偏置電路三、恒壓偏置電路恒壓偏置電路的輸出電壓為恒壓偏置電路的輸出電壓為 obbccbbecUUI RUI R取微分，則得到輸出電壓的變化量為取微分，則得到輸出電壓的變化量為 WpWpWgvpUIU gU S ERpWgvdIU S dEocecWgvdUR dIR U S dE 42例例 在如圖在如圖2-13所示的恒流偏置電路中，已知電源電壓所示的恒流偏置電路中，已知電源電壓為為12V，Rb為為820，Re為為3.3k，三

31、極管的放大倍率，三極管的放大倍率不小于不小于80，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓為，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓為4 V，光照度為，光照度為40lx時輸出電壓為時輸出電壓為6V，80 lx時為時為8V。(設(shè)光敏電阻在設(shè)光敏電阻在30到到100lx之間的之間的 值不變值不變) 試求：試求：(1)輸出電壓為輸出電壓為7伏的照度伏的照度為多少勒克司？為多少勒克司？( (2) )該電路的電壓靈敏度該電路的電壓靈敏度( (V/ lx) )。 解解 根據(jù)已知條件，流過穩(wěn)壓根據(jù)已知條件，流過穩(wěn)壓管管DW的電流的電流43滿足穩(wěn)壓二極管的工作條件滿足穩(wěn)壓二極管的工作條件 ( (1) )根據(jù)題目給的條件，可得根據(jù)題目給的條件，可得

32、到不同光照下光敏電阻的阻值到不同光照下光敏電阻的阻值 K6V6ebb1IURp K4V8ebb2IURp 將將Re1與與Re2值代入值代入值計算公式，得到光照度在值計算公式，得到光照度在4080lx之間的之間的值值 59. 0lg40lg80lg4lg6lglglglg1221 EERRpp 輸出為輸出為7V時光敏電阻的阻值應(yīng)為時光敏電阻的阻值應(yīng)為 mA)( 13300V7 . 0V4ebeWRUUIemA6 . 9wbbbWRUUI44此時的光照度可由此時的光照度可由值計算公式獲得值計算公式獲得 59. 0lg40lglg5lg63 E 736. 1lg400.59lg5lg6lg3 VEE

33、3=54.45（lx） （2）電路的電壓靈敏度）電路的電壓靈敏度SV (V/lx)069. 04045.5467V EUS K5V7ebb3IURp 例例2-2 2-2 在如圖所示的恒壓偏置電路中，已知在如圖所示的恒壓偏置電路中，已知DWDW為為2CW122CW12型穩(wěn)型穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓值為壓二極管，其穩(wěn)定電壓值為6V6V，設(shè)，設(shè)R Rb b=1k=1k，R RC C=510, =510, 三極管三極管的電流放大倍率不小于的電流放大倍率不小于8080，電源電壓，電源電壓U Ubbbb=12V=12V，當(dāng)，當(dāng)CdSCdS光敏電阻光光敏電阻光敏面上的照度為敏面上的照度為150lx150lx時

34、恒壓偏置電路的輸出電壓為時恒壓偏置電路的輸出電壓為10V,10V,照度為照度為450lx450lx時輸出電壓為時輸出電壓為8V,8V,試計算輸出電壓為試計算輸出電壓為9V9V時的照度（設(shè)光敏時的照度（設(shè)光敏電阻在電阻在100100500lx500lx間的間的值不變）為多少值不變）為多少lxlx？ 照度到照度到500lx500lx時的時的輸出電壓為多少？輸出電壓為多少？ 解解: :bbw1266mA1WbUUVVIRk滿足穩(wěn)壓二極管的工作條件滿足穩(wěn)壓二極管的工作條件, ,三極管的基極三極管的基極被穩(wěn)定在被穩(wěn)定在6V 6V 設(shè)光照度為設(shè)光照度為150lx150lx時的輸出電流為時的輸出電流為I I

35、1 1，與光，與光敏電阻的阻值敏電阻的阻值R R1 1，則，則 )mA(92. 3510101210cbb1 RUIk4 . 192. 37 . 067 . 01W1IUR同樣同樣, ,照度為照度為450lx450lx時流過光敏電阻的電流時流過光敏電阻的電流I I2 2與電阻與電阻R R2 2為為7.8(mA)8Icbb2RUR2=680 由于光敏電阻在由于光敏電阻在500500到到100lx100lx間的間的值不變，因此該光敏電阻的值不變，因此該光敏電阻的值應(yīng)為值應(yīng)為 66. 0lglglglg1221EERR當(dāng)輸出電壓為當(dāng)輸出電壓為9V9V時，設(shè)流過光敏電阻的電流為時，設(shè)流過光敏電阻的電流

36、為I I3 3，阻值為，阻值為R R3 3，則，則 (mA)88. 59cbb3RUIR3=900 代入代入值的計算公式便可以計算出輸出電壓為值的計算公式便可以計算出輸出電壓為9V9V時的入射照度時的入射照度E E3 366. 0lglglglg2332EERR292. 20.66lglglglg3223RREEE3=196(lx) 由由值的計算公式可以找到值的計算公式可以找到500lx500lx時的阻值時的阻值R R4 4及及三極管的輸出電流三極管的輸出電流I I4 4為為 R4=214 I4=24.7(mA)而此時的輸出電壓而此時的輸出電壓U UO O為為 U UO O=U=UbbbbI I4 4R R4 4=6.7(V)=6.7(V)即，在即，在500lx500lx的照度下恒壓偏置電路的輸出電壓為的照度下恒壓偏置電路的輸出電壓為6.7V6.7V。 49CKVDRCdS常閉常閉燈燈220V半波整流半波整流測光與控制測光與控制執(zhí)行控制