光電信息轉(zhuǎn)換器件實(shí)用教案

1、光電信息轉(zhuǎn)換器件的主要特性和參數(shù)如下：光電信息轉(zhuǎn)換器件的主要特性和參數(shù)如下：1光電特性光電特性 I 光電流光電流F（）光通量光通量2光譜特性光譜特性 I 光電流光電流F（）入射光波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng)3伏安特性伏安特性 I 光電流光電流F（）（）電壓電壓4頻率特性頻率特性 I 光電流光電流F（f）入射光調(diào)制頻率入射光調(diào)制頻率 導(dǎo)致電子瓶頸導(dǎo)致電子瓶頸(pn jn)的主要原因的主要原因5暗電流暗電流 0時(shí)光電信息轉(zhuǎn)換器件輸出的電流，時(shí)光電信息轉(zhuǎn)換器件輸出的電流， 有時(shí)稱為有時(shí)稱為I=06 靈敏度靈敏度 對(duì)于復(fù)色光對(duì)于復(fù)色光: S(積分靈敏度積分靈敏度) =I / 對(duì)于單色光對(duì)于單色光: S（）(光譜靈敏

2、度光譜靈敏度)I（）/（）3.1 光電信息光電信息(xnx)轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換器件第1頁(yè)/共90頁(yè)第一頁(yè)，共91頁(yè)。光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光電倍增管由光窗、光電陰極、電子(dinz)光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、電子(dinz)倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極等五個(gè)主要部分組倍增系統(tǒng)和陽(yáng)極等五個(gè)主要部分組成，其外形如圖成，其外形如圖3.1.1-1所示。所示。側(cè)窗式側(cè)窗式端窗式端窗式一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)(jigu)與原理與原理3.1.1 光電倍增光電倍增(bi zn)管管第2頁(yè)/共90頁(yè)第二頁(yè)，共91頁(yè)。第3頁(yè)/共90頁(yè)第三頁(yè)，共91頁(yè)。1D2D3D4DAK倍增倍增(bi zn)極極陽(yáng)極陽(yáng)極原理圖原理圖圖圖3.1.1-

3、2 多級(jí)倍增管的工作原理多級(jí)倍增管的工作原理第4頁(yè)/共90頁(yè)第四頁(yè)，共91頁(yè)。1光窗光窗光窗是入射光的通道，是對(duì)光吸收較多的部分光窗是入射光的通道，是對(duì)光吸收較多的部分(b fen)。常用的光窗材料有鈉鈣玻璃和熔凝石英等。常用的光窗材料有鈉鈣玻璃和熔凝石英等。2光電陰極光電陰極它的作用是接收它的作用是接收(jishu)入射光，向外發(fā)射光電子入射光，向外發(fā)射光電子。制作光電陰極的材料多是化合物半導(dǎo)體。制作光電陰極的材料多是化合物半導(dǎo)體。3電子電子(dinz)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)任務(wù)：（任務(wù)：（1）使前一級(jí)發(fā)射出來(lái)的電子）使前一級(jí)發(fā)射出來(lái)的電子(dinz)盡盡可能沒(méi)有散失地落到下一個(gè)倍增極上，使下一級(jí)

4、的收可能沒(méi)有散失地落到下一個(gè)倍增極上，使下一級(jí)的收集率接近于集率接近于1；（；（2）使前一級(jí)各部分發(fā)射出來(lái)的電）使前一級(jí)各部分發(fā)射出來(lái)的電子子(dinz)，落到后一級(jí)上時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間盡可能相，落到后一級(jí)上時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間盡可能相同。同。第5頁(yè)/共90頁(yè)第五頁(yè)，共91頁(yè)。4倍增倍增(bi zn)系統(tǒng)系統(tǒng)0nIi每個(gè)倍增每個(gè)倍增(bi zn)極由二次電子倍增極由二次電子倍增(bi zn)材料構(gòu)材料構(gòu)成。光電倍增成。光電倍增(bi zn)管是利用二次電子發(fā)射（高速電子管是利用二次電子發(fā)射（高速電子打到金屬表面，由于電子的動(dòng)能被金屬吸收，改變了金屬原打到金屬表面，由于電子的動(dòng)能被金屬吸收，改變了金屬原子

5、內(nèi)電子能量的狀態(tài)，使有些電子從金屬表面逸出）現(xiàn)象制子內(nèi)電子能量的狀態(tài)，使有些電子從金屬表面逸出）現(xiàn)象制成的。成的。如果每個(gè)電子落到某一倍增極上從該倍增極打出如果每個(gè)電子落到某一倍增極上從該倍增極打出個(gè)二個(gè)二次電子，那么次電子，那么(n me)很明顯地：很明顯地：式中，式中， I 陽(yáng)極電流；陽(yáng)極電流； i0 光陰極發(fā)出的光電流；光陰極發(fā)出的光電流； n 光電倍增極的級(jí)數(shù)。光電倍增極的級(jí)數(shù)。第6頁(yè)/共90頁(yè)第六頁(yè)，共91頁(yè)。光電倍增管的電流光電倍增管的電流(dinli)放大系數(shù)放大系數(shù)可用下式表示：可用下式表示：0nIi5. 陽(yáng)極陽(yáng)極(yngj)用來(lái)收集末級(jí)倍增極發(fā)射出來(lái)的電子?，F(xiàn)用來(lái)收集末級(jí)倍增

6、極發(fā)射出來(lái)的電子?，F(xiàn)在普遍采用金屬網(wǎng)來(lái)作陽(yáng)極在普遍采用金屬網(wǎng)來(lái)作陽(yáng)極(yngj)，靠近末級(jí)，靠近末級(jí)倍增極附近。倍增極附近。 倍增倍增(bi zn)系統(tǒng)有聚焦型和非聚焦型兩系統(tǒng)有聚焦型和非聚焦型兩類（根據(jù)兩極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是否平行分類類（根據(jù)兩極間的電子運(yùn)動(dòng)軌跡是否平行分類）。）。第7頁(yè)/共90頁(yè)第七頁(yè)，共91頁(yè)。 二、光電倍增二、光電倍增(bi zn)管的特性管的特性1光電特性光電特性(txng)2光譜特性光譜特性(txng) 3伏安特性伏安特性(txng) 4放大特性放大特性(txng) 5頻率特性頻率特性(txng) （可達(dá)（可達(dá)1MHZ以上）以上） 6疲乏特性疲乏特性(txng) 7

7、暗電流暗電流 I= 0第8頁(yè)/共90頁(yè)第八頁(yè)，共91頁(yè)。1光電特性光電特性(txng) RL AD4 D3D2D1 KR5R4 R3R2R1 +- 特點(diǎn)：線性增加特點(diǎn)：線性增加(zngji)(zngji)，然后偏離直線。，然后偏離直線。 第9頁(yè)/共90頁(yè)第九頁(yè)，共91頁(yè)。2光譜光譜(gungp)特性特性( (圖所示的光電陰極圖所示的光電陰極(ynj)(ynj)：銻鉀銫：銻鉀銫Sb-K-CsSb-K-Cs）。）。 RL AD4 D3D2D1 KR5R4 R3R2R1 +-第10頁(yè)/共90頁(yè)第十頁(yè)，共91頁(yè)。表示陽(yáng)極電流表示陽(yáng)極電流(dinli) Ia 對(duì)于最后一級(jí)倍增極和陽(yáng)極間對(duì)于最后一級(jí)倍增極

8、和陽(yáng)極間的電壓的電壓U的關(guān)系。作此曲線時(shí)，的關(guān)系。作此曲線時(shí)，其余各電極的電壓保持恒定。其余各電極的電壓保持恒定。特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）光通量不變，曲線由上）光通量不變，曲線由上升至飽和。升至飽和。 （2）電壓不變，陽(yáng)極電流）電壓不變，陽(yáng)極電流(dinli)隨光通量增加隨光通量增加3伏安伏安(f n)特性特性第11頁(yè)/共90頁(yè)第十一頁(yè)，共91頁(yè)。 放大特性是指電流放大特性是指電流放大系數(shù)放大系數(shù)或靈敏度隨或靈敏度隨電源電源(dinyun)電壓電壓U增大的關(guān)系。增大的關(guān)系。4放大放大(fngd)特特性性5. 頻率特性（可達(dá)頻率特性（可達(dá)1MHZ以上以上(yshng)）特點(diǎn)：特點(diǎn)： 隨著電源電壓升高

9、，放大系隨著電源電壓升高，放大系數(shù)或靈敏度增大。數(shù)或靈敏度增大。第12頁(yè)/共90頁(yè)第十二頁(yè)，共91頁(yè)。 疲勞指在工作過(guò)程疲勞指在工作過(guò)程(guchng)中靈敏度降中靈敏度降低。低。6疲勞疲勞(plo)特特性性特點(diǎn)：特點(diǎn)： 隨陽(yáng)極隨陽(yáng)極(yngj)(yngj)電流的增大，靈敏度下降電流的增大，靈敏度下降 隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)，靈敏度下降隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)，靈敏度下降 RL AD4 D3D2D1 KR5R4 R3R2R1 +- 1-20分鐘；分鐘； 2-40分鐘分鐘 陽(yáng)極電流對(duì)靈敏度的影響示意圖陽(yáng)極電流對(duì)靈敏度的影響示意圖第13頁(yè)/共90頁(yè)第十三頁(yè)，共91頁(yè)。暗電流暗電流I=0的來(lái)源：光的來(lái)源：光電陰極

10、和光電倍增極的熱電電陰極和光電倍增極的熱電子發(fā)射。溫度子發(fā)射。溫度T越高，熱電越高，熱電子發(fā)射越多，則暗電流越大子發(fā)射越多，則暗電流越大。如果需要。如果需要(xyo)較小的較小的暗電流，可通過(guò)冷卻光電倍暗電流，可通過(guò)冷卻光電倍增管來(lái)減小暗電流。暗電流增管來(lái)減小暗電流。暗電流的另一組成部分是光電倍增的另一組成部分是光電倍增管的漏電流。管的漏電流。7暗電流暗電流第14頁(yè)/共90頁(yè)第十四頁(yè)，共91頁(yè)。三、光電倍增三、光電倍增(bi zn)管管的供電電路的供電電路 1電阻電阻(dinz)鏈分壓型供電電鏈分壓型供電電路路 光電倍增光電倍增(bi zn)管具有極高的靈敏度和快速響應(yīng)管具有極高的靈敏度和快速

11、響應(yīng)等特點(diǎn)，使它在光譜探測(cè)和極微弱快速光信息的探測(cè)等方等特點(diǎn)，使它在光譜探測(cè)和極微弱快速光信息的探測(cè)等方面成為首選的光電探測(cè)器。面成為首選的光電探測(cè)器。 圖圖3.1.1-6所示為典型光電倍增管的電阻分壓式供電電所示為典型光電倍增管的電阻分壓式供電電路。電路由路。電路由11個(gè)電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向個(gè)電阻構(gòu)成電阻鏈分壓器，分別向10級(jí)倍增極級(jí)倍增極提供電壓提供電壓UDD。 第15頁(yè)/共90頁(yè)第十五頁(yè)，共91頁(yè)。 當(dāng)入射輻射信號(hào)為高速的迅變信號(hào)或脈沖時(shí)，末當(dāng)入射輻射信號(hào)為高速的迅變信號(hào)或脈沖時(shí)，末3級(jí)倍增極電流變化會(huì)引起較大級(jí)倍增極電流變化會(huì)引起較大UDD的變化，引起光電的變化，引起光電倍增管

12、增益的起伏，將破壞信息的變換。在末倍增管增益的起伏，將破壞信息的變換。在末3極并極并聯(lián)聯(lián)3個(gè)電容個(gè)電容C1、C2與與C3，通過(guò)電容的充放電過(guò)程，通過(guò)電容的充放電過(guò)程(guchng)使末使末3級(jí)電壓穩(wěn)定。級(jí)電壓穩(wěn)定。2 2末極的并聯(lián)末極的并聯(lián)(bnglin)(bnglin)電容電容第16頁(yè)/共90頁(yè)第十六頁(yè)，共91頁(yè)。五、分析五、分析(fnx)與計(jì)算與計(jì)算1.1.分壓電阻分壓電阻(dinz)(dinz)的確定的確定總電壓總電壓(diny)UAK(diny)UAK在在1000100013001300伏之間，伏之間，倍增極間電壓在倍增極間電壓在8080100100伏之間。伏之間。max)2010(A

13、RIIAKAKRURIR R1 1與末幾極與末幾極R R應(yīng)取較大數(shù)值，中間電阻可均勻分配。應(yīng)取較大數(shù)值，中間電阻可均勻分配。第17頁(yè)/共90頁(yè)第十七頁(yè)，共91頁(yè)。2.2.并聯(lián)并聯(lián)(bnglin)(bnglin)電電容的確定容的確定 光電倍增管用于探測(cè)高速的迅變信號(hào)或脈沖光電倍增管用于探測(cè)高速的迅變信號(hào)或脈沖(michng)(michng)時(shí)，常在最后幾級(jí)并聯(lián)旁路電容時(shí)，常在最后幾級(jí)并聯(lián)旁路電容C1C1、C2C2、C3C3（使末（使末3 3級(jí)電壓穩(wěn)定級(jí)電壓穩(wěn)定, ,要求極間電壓變化小于要求極間電壓變化小于1 1 ）。）。UtICA1001C2C2、C3C3的電容的電容(dinrng)(dinrn

14、g)值，大概值，大概為為C1C1的的1/1/、1/21/2，約為，約為0.0020.0020.005F0.005F。 第18頁(yè)/共90頁(yè)第十八頁(yè)，共91頁(yè)。3.3.高壓電源高壓電源一般配有專用高壓一般配有專用高壓(goy)(goy)直流直流電源，電源模塊內(nèi)部有保護(hù)電電源，電源模塊內(nèi)部有保護(hù)電路。路。4.4.接地接地(jid)(jid)方式方式陰極陰極(ynj)(ynj)接地（正高壓接法接地（正高壓接法 ）：輸入光脈沖）：輸入光脈沖時(shí)用時(shí)用; ; 陽(yáng)極接地（負(fù)高壓接法）：一般采用此方式陽(yáng)極接地（負(fù)高壓接法）：一般采用此方式, ,便于與后面的放大器相連便于與后面的放大器相連, ,操作安全。操作安全

15、。 第19頁(yè)/共90頁(yè)第十九頁(yè)，共91頁(yè)。第20頁(yè)/共90頁(yè)第二十頁(yè)，共91頁(yè)。一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)(jigu)與原理與原理3.1.2 光敏電阻光敏電阻(un mn din z)利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價(jià)帶躍升到導(dǎo)帶時(shí)，導(dǎo)利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價(jià)帶躍升到導(dǎo)帶時(shí)，導(dǎo)帶中的電阻和價(jià)帶中的空穴帶中的電阻和價(jià)帶中的空穴(kn xu)二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。減小，稱為光敏電阻。光敏電阻光敏電阻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：在一塊勻質(zhì)的光電導(dǎo)體兩端加上電極。：在一塊勻質(zhì)的光電導(dǎo)體兩端加上電極。光敏電阻有以下光敏電阻有以下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1光譜響應(yīng)相當(dāng)寬。

16、光譜響應(yīng)相當(dāng)寬。2所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，既可對(duì)強(qiáng)光響應(yīng)，也可對(duì)弱光響應(yīng)。所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，既可對(duì)強(qiáng)光響應(yīng)，也可對(duì)弱光響應(yīng)。3無(wú)極性之分，使用方便，成本低，壽命長(zhǎng)。無(wú)極性之分，使用方便，成本低，壽命長(zhǎng)。4靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。光敏電阻的不足：光敏電阻的不足： 強(qiáng)光照射下線性較差，頻率特性也較差。強(qiáng)光照射下線性較差，頻率特性也較差。光電導(dǎo)體光照電極第21頁(yè)/共90頁(yè)第二十一頁(yè)，共91頁(yè)。二、特性二、特性(txng)2光譜光譜(gungp)特性特性1光照光照(gungzho)特特性性有以下關(guān)系式：有以下關(guān)系式：式中：式中：I 通過(guò)光敏電阻的電流；通過(guò)光敏電阻

17、的電流；U 加于光敏電阻的電壓；加于光敏電阻的電壓；L 光敏電阻上的照度；光敏電阻上的照度； K 比例系數(shù)；比例系數(shù)；a 電壓指數(shù)，一般近于電壓指數(shù)，一般近于1；b 照度指數(shù)。照度指數(shù)。baLKUI 光譜特性與所用的材料和工藝（隨薄層的減薄光譜峰值移向短波方向光譜特性與所用的材料和工藝（隨薄層的減薄光譜峰值移向短波方向）過(guò)程有關(guān)。）過(guò)程有關(guān)。第22頁(yè)/共90頁(yè)第二十二頁(yè)，共91頁(yè)。光譜光譜(gungp)(gungp)特性特性1 1硫化鎘單晶硫化鎘單晶2 2硫化鎘多晶硫化鎘多晶3 3硒化鎘單晶硒化鎘單晶4 4硫化鎘與硒化鎘硫化鎘與硒化鎘 混合混合(hnh)(hnh)多多晶晶 對(duì)紅外光對(duì)紅外光靈敏

18、靈敏(ln (ln mn)mn)的的 光光敏電阻敏電阻 對(duì)可見(jiàn)光靈敏對(duì)可見(jiàn)光靈敏的光敏電阻的光敏電阻 第23頁(yè)/共90頁(yè)第二十三頁(yè)，共91頁(yè)。3伏安伏安(f n)特性特性 因伏安特性成線性，光敏電阻除用積分因伏安特性成線性，光敏電阻除用積分(jfn)靈敏度外，用比靈敏度也很靈敏度外，用比靈敏度也很方便。方便。Sb（比靈敏度比靈敏度）I /（U）（比靈敏度乘以電壓（比靈敏度乘以電壓(diny)為積分靈敏度）為積分靈敏度）式中式中 I 光敏電阻被照射時(shí)和黑暗時(shí)的電流差；光敏電阻被照射時(shí)和黑暗時(shí)的電流差； U 光敏電阻上所加的電壓；光敏電阻上所加的電壓； 照射于光敏電阻上的光通量。照射于光敏電阻上的

19、光通量。 在一定光照下，光電流與所加電壓的關(guān)系為伏安特性。圖為照度為在一定光照下，光電流與所加電壓的關(guān)系為伏安特性。圖為照度為0和和某值時(shí)的伏安特性。某值時(shí)的伏安特性。第24頁(yè)/共90頁(yè)第二十四頁(yè)，共91頁(yè)。4頻率特性頻率特性導(dǎo)致電子導(dǎo)致電子(dinz)瓶頸的主要原瓶頸的主要原因因光敏電阻的頻率特性較差，這是因?yàn)楣饷綦娮璧膶?dǎo)電光敏電阻的頻率特性較差，這是因?yàn)楣饷綦娮璧膶?dǎo)電性與被俘獲的載流子有關(guān)，由于光強(qiáng)的變化性與被俘獲的載流子有關(guān)，由于光強(qiáng)的變化(binhu)，俘獲和釋放載流子都需要時(shí)間。俘獲和釋放載流子都需要時(shí)間。5疲乏疲乏(pf)特性特性初制時(shí)不穩(wěn)定，經(jīng)人為光照老化后，性能可達(dá)到穩(wěn)定。光敏

20、電初制時(shí)不穩(wěn)定，經(jīng)人為光照老化后，性能可達(dá)到穩(wěn)定。光敏電阻的使用壽命，在密封良好，使用合理的情況下，幾乎是無(wú)限長(zhǎng)的阻的使用壽命，在密封良好，使用合理的情況下，幾乎是無(wú)限長(zhǎng)的。6溫度特性溫度特性光敏電阻與其它半導(dǎo)體器件一樣，性質(zhì)受溫度的影響較大。隨光敏電阻與其它半導(dǎo)體器件一樣，性質(zhì)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高靈敏度要下降。著溫度的升高靈敏度要下降。7暗電阻和暗電流暗電阻和暗電流暗阻與亮阻相差越大，靈敏度越高，隨著溫度的升高，暗阻與亮阻相差越大，靈敏度越高，隨著溫度的升高，暗電阻下降。暗電阻下降。第25頁(yè)/共90頁(yè)第二十五頁(yè)，共91頁(yè)。三、電路三、電路(dinl)在入射光通量變化范圍一定的在入

21、射光通量變化范圍一定的情況下，為了情況下，為了(wi le)使輸出電壓使輸出電壓Vo變化范圍最大，一般取變化范圍最大，一般取 RL = RG 當(dāng)入射光通量當(dāng)入射光通量連續(xù)變化時(shí)，連續(xù)變化時(shí)，RG為光敏電阻為光敏電阻(un mn din z)變化的中間值，即變化的中間值，即2minmaxGGGRRR當(dāng)入射光通量當(dāng)入射光通量跳躍變化時(shí)，跳躍變化時(shí)，minmaxGGGRRR第26頁(yè)/共90頁(yè)第二十六頁(yè)，共91頁(yè)。證明：當(dāng)入射光通量跳躍(tioyu)變化時(shí)， RG(RG max RG min )1/2證明：設(shè)兩個(gè)證明：設(shè)兩個(gè)(lin )光強(qiáng)時(shí)的光敏電阻值分別為光強(qiáng)時(shí)的光敏電阻值分別為RG max和和R

22、G min則兩個(gè)狀態(tài)下的電流差為：則兩個(gè)狀態(tài)下的電流差為：)(maxminminmaxmaxmin21GLGLGGGLGLRRRRRRERRERREII則兩種狀態(tài)下光敏電阻的輸出電壓之差為：則兩種狀態(tài)下光敏電阻的輸出電壓之差為：要求兩個(gè)工作狀態(tài)的電壓差最大，則要求：要求兩個(gè)工作狀態(tài)的電壓差最大，則要求：)()()(VVmaxminmaxmin212o1oGLGLGGLLLRRRRRRERRIERIE21minmax21)(0GGGLLooRRRRdR)Vd(V第27頁(yè)/共90頁(yè)第二十七頁(yè)，共91頁(yè)。證明(zhngmng)：E（4P max RL）1/2 證明：光敏電阻證明：光敏電阻(un mn

23、 din z)上的電壓為上的電壓為UEI RLEQQ1Q2Q3UIIL2L1Pmax圖中畫(huà)出了圖中畫(huà)出了Pmax曲線、以及分別對(duì)應(yīng)于不同負(fù)載電阻的三條負(fù)載線曲線、以及分別對(duì)應(yīng)于不同負(fù)載電阻的三條負(fù)載線EQ1、EQ2、EQ3對(duì)于工作點(diǎn)對(duì)于工作點(diǎn)Q來(lái)說(shuō)，其電流與電壓的關(guān)系為：來(lái)說(shuō)，其電流與電壓的關(guān)系為：LRUEI/ )(而而Q又在又在Pmax曲線上，即曲線上，即U = Pmax / I有：有：0max2LLRPIREI當(dāng)當(dāng) 時(shí)，即方程只有一個(gè)解或沒(méi)有解時(shí)，即方程只有一個(gè)解或沒(méi)有解04max22LLRPRE即負(fù)載線和即負(fù)載線和Pmax曲線只有一個(gè)或沒(méi)曲線只有一個(gè)或沒(méi)有交點(diǎn)，光敏電阻的功率不會(huì)超有交點(diǎn)

24、，光敏電阻的功率不會(huì)超過(guò)過(guò)Pmax即要求：即要求：E（4P max RL）1/2第28頁(yè)/共90頁(yè)第二十八頁(yè)，共91頁(yè)。當(dāng)入射光通量變化時(shí)，會(huì)引起當(dāng)入射光通量變化時(shí)，會(huì)引起I和和U的同時(shí)變化的同時(shí)變化 ，使，使系統(tǒng)線性變壞，噪聲增加。為了降低噪聲，提高信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)線性變壞，噪聲增加。為了降低噪聲，提高信息轉(zhuǎn)換精度，可采取以下精度，可采取以下(yxi)辦法：辦法：1采用光調(diào)制技術(shù)，一般調(diào)制頻率為采用光調(diào)制技術(shù)，一般調(diào)制頻率為8001000Hz。2制冷或恒溫，使熱噪聲減少。制冷或恒溫，使熱噪聲減少。3采用合理的偏置，選擇采用合理的偏置，選擇(xunz)最佳的偏置電流，使最佳的偏置電流，使信噪比信噪

25、比 達(dá)到最高。達(dá)到最高。第29頁(yè)/共90頁(yè)第二十九頁(yè)，共91頁(yè)。 典型典型(dinxng)偏置電路偏置電路第30頁(yè)/共90頁(yè)第三十頁(yè)，共91頁(yè)。四應(yīng)用(yngyng)舉例 圖為路燈(ldng)自動(dòng)電熄裝置，分兩部分組成，電阻R、電容C和二極管D組成半波整流濾波電路；CdS光敏電阻和繼電器組成光控繼電器。路燈(ldng)接在繼電器常閉觸點(diǎn)上，由光控繼電器來(lái)控制路燈(ldng)的點(diǎn)燃和熄滅。J第31頁(yè)/共90頁(yè)第三十一頁(yè)，共91頁(yè)。3.1.3 光電池光電池第32頁(yè)/共90頁(yè)第三十二頁(yè)，共91頁(yè)。第33頁(yè)/共90頁(yè)第三十三頁(yè)，共91頁(yè)。第34頁(yè)/共90頁(yè)第三十四頁(yè)，共91頁(yè)。一、原理一、原理(yun

26、l)與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu) 由光照產(chǎn)生的電子由光照產(chǎn)生的電子(dinz)和空穴在內(nèi)電場(chǎng)的作用和空穴在內(nèi)電場(chǎng)的作用下才形成光生電動(dòng)勢(shì)和光電流。光電池的光電效率非下才形成光生電動(dòng)勢(shì)和光電流。光電池的光電效率非常低，最高也只能是百分之十幾。常低，最高也只能是百分之十幾。利用光生伏特利用光生伏特(ft)效應(yīng)效應(yīng)擴(kuò)散擴(kuò)散光照光照第35頁(yè)/共90頁(yè)第三十五頁(yè)，共91頁(yè)。np二氧化硅電極第36頁(yè)/共90頁(yè)第三十六頁(yè)，共91頁(yè)。光電池的輸出光電池的輸出(shch)受外接負(fù)載電阻受外接負(fù)載電阻:當(dāng)當(dāng)RL0時(shí)，時(shí)，U0，則，則 IIS即輸出即輸出(shch)電流與入射光通量電流與入射光通量成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。第37頁(yè)/

27、共90頁(yè)第三十七頁(yè)，共91頁(yè)。當(dāng)當(dāng)RL0時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)U繼續(xù)增大到繼續(xù)增大到PN結(jié)的導(dǎo)通電壓時(shí)（結(jié)的導(dǎo)通電壓時(shí)（RL非常大時(shí)），非常大時(shí)），U就不會(huì)再增大，此時(shí)，就不會(huì)再增大，此時(shí)，PN結(jié)的結(jié)的rD變變得很小，光照所產(chǎn)生的光電流得很小，光照所產(chǎn)生的光電流I幾乎全部幾乎全部(qunb)流向流向二極管，即：二極管，即： IID 這時(shí)，在負(fù)載這時(shí)，在負(fù)載RL上除有少量的電流維持上除有少量的電流維持PN結(jié)的導(dǎo)結(jié)的導(dǎo)通電壓通電壓U外，光照產(chǎn)生的光電流幾乎都消耗在光電池內(nèi)外，光照產(chǎn)生的光電流幾乎都消耗在光電池內(nèi)部。部。第38頁(yè)/共90頁(yè)第三十八頁(yè)，共91頁(yè)。二、特性二、特性(txng)1光照光照(gungz

28、ho)特性特性 指光生電動(dòng)勢(shì)和光電流與照度的關(guān)系。光電池的電動(dòng)勢(shì)與照度成指光生電動(dòng)勢(shì)和光電流與照度的關(guān)系。光電池的電動(dòng)勢(shì)與照度成非線性關(guān)系，而短路電流與照度成線性關(guān)系。所以，當(dāng)用光電池作為非線性關(guān)系，而短路電流與照度成線性關(guān)系。所以，當(dāng)用光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)以電流源的形式測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)以電流源的形式(xngsh)來(lái)使用。而且，為保證測(cè)量來(lái)使用。而且，為保證測(cè)量有線性關(guān)系，所用負(fù)載電阻應(yīng)較小。有線性關(guān)系，所用負(fù)載電阻應(yīng)較小。2光譜特性光譜特性光電池的光譜特性決定于所采用的材料。光電池的光譜特性決定于所采用的材料。3伏安特性伏安特性 光電池的負(fù)載線由光電池的負(fù)載線由 U=RLI 決定。決定。

29、負(fù)載短接或很小時(shí)，負(fù)載線與伏安負(fù)載短接或很小時(shí)，負(fù)載線與伏安特性的交點(diǎn)為等距離，電流正比于照度，特性的交點(diǎn)為等距離，電流正比于照度，數(shù)值也大。負(fù)載電阻較大時(shí)，負(fù)載線與數(shù)值也大。負(fù)載電阻較大時(shí)，負(fù)載線與伏安特性的交點(diǎn)相互間距不等，即電流伏安特性的交點(diǎn)相互間距不等，即電流不與照度成正比，光照特性不是直線，不與照度成正比，光照特性不是直線，電流也減小。電流也減小。第39頁(yè)/共90頁(yè)第三十九頁(yè)，共91頁(yè)。4頻率特性頻率特性 光電池的光電池的PN結(jié)或阻擋層的面積大，極間電容大，結(jié)或阻擋層的面積大，極間電容大，因此頻率特性較差。負(fù)載電阻越大，電路的旁路作用因此頻率特性較差。負(fù)載電阻越大，電路的旁路作用越顯

30、著，頻率特性高頻部分下降越顯著，頻率特性高頻部分下降(xijing)越厲害。如越厲害。如欲改善頻率特性，需減小負(fù)載電阻或減小光電池面積欲改善頻率特性，需減小負(fù)載電阻或減小光電池面積，使它的結(jié)電容減小。，使它的結(jié)電容減小。5溫度溫度(wnd)特性特性硅光電池的開(kāi)路電壓隨溫度的升高硅光電池的開(kāi)路電壓隨溫度的升高(shn o)而降而降低。低。第40頁(yè)/共90頁(yè)第四十頁(yè)，共91頁(yè)。三 、 電 路三 、 電 路(dinl)光電池光電池(dinch)用作用作太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池(dinch)時(shí)的時(shí)的電路如圖所示。在黑夜電路如圖所示。在黑夜或光線微弱時(shí)，為防止或光線微弱時(shí)，為防止蓄電池蓄電池(dinch)經(jīng)

31、過(guò)光電經(jīng)過(guò)光電池池(dinch)放電而設(shè)置二放電而設(shè)置二極管極管D。1光電池光電池(dinch)用作太陽(yáng)能電用作太陽(yáng)能電池池(dinch)第41頁(yè)/共90頁(yè)第四十一頁(yè)，共91頁(yè)。光電池用作檢測(cè)光電池用作檢測(cè)(jin c)元元件使用時(shí)的電路如圖所示，此件使用時(shí)的電路如圖所示，此電路可實(shí)現(xiàn)光電池的線性輸出。電路可實(shí)現(xiàn)光電池的線性輸出。對(duì)光電池而言，對(duì)光電池而言，RL近似等于近似等于0。圖中，圖中，2光電池用作檢測(cè)光電池用作檢測(cè)(jin c)元件元件SRIRVff220第42頁(yè)/共90頁(yè)第四十二頁(yè)，共91頁(yè)。一 、 結(jié) 構(gòu) 和 工 作一 、 結(jié) 構(gòu) 和 工 作(gngzu)原理原理3.1.4 光敏二

32、極管光敏二極管是一種用是一種用PN結(jié)單向?qū)щ娦越Y(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電信息轉(zhuǎn)換器件。其的結(jié)型光電信息轉(zhuǎn)換器件。其PN結(jié)裝在管子的頂部，以便接結(jié)裝在管子的頂部，以便接收光照。其上面有一個(gè)透鏡收光照。其上面有一個(gè)透鏡(tujng)制成的窗口，使光線集制成的窗口，使光線集中在敏感面。中在敏感面。第43頁(yè)/共90頁(yè)第四十三頁(yè)，共91頁(yè)。 光敏二極管工作時(shí)一般加反向偏壓光敏二極管工作時(shí)一般加反向偏壓，無(wú)光照時(shí)，處于反偏的光敏二極管工，無(wú)光照時(shí)，處于反偏的光敏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)作在截止?fàn)顟B(tài)(zhungti)，這時(shí)只有，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層，形成

33、微小的反向電流，即暗電阻擋層，形成微小的反向電流，即暗電流。受光照時(shí)，流。受光照時(shí)，PN結(jié)及其附近受光子結(jié)及其附近受光子轟擊吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在轟擊吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在外加電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用下，使通外加電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用下，使通過(guò)過(guò)PN結(jié)的反向電流大大增加，形成了結(jié)的反向電流大大增加，形成了光電流。光電流。第44頁(yè)/共90頁(yè)第四十四頁(yè)，共91頁(yè)。PN結(jié)界面結(jié)界面電子和空穴電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)部電場(chǎng)內(nèi)部電場(chǎng)漂移漂移(pio y)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)如果光子的能量大于或如果光子的能量大于或等于帶隙（等于帶隙（hf Eg）當(dāng)入射光作用在當(dāng)入射光作用在PN結(jié)時(shí)結(jié)時(shí)發(fā)生發(fā)生(

34、fshng)受激吸收受激吸收內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，電子向電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)區(qū)運(yùn)動(dòng)空穴向空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)區(qū)運(yùn)動(dòng)在耗盡層在耗盡層形成漂移電流。形成漂移電流。第45頁(yè)/共90頁(yè)第四十五頁(yè)，共91頁(yè)。1 光照(gungzho)特性 二特性二特性(txng)線性好,適合檢測(cè)(jin c)方面應(yīng)用第46頁(yè)/共90頁(yè)第四十六頁(yè)，共91頁(yè)。2. 光譜(gungp)特性 決定于所采用(ciyng)的材料，圖為鍺光敏二極管的光譜響應(yīng)曲線。第47頁(yè)/共90頁(yè)第四十七頁(yè)，共91頁(yè)。3. 伏安(f n)特性 在零偏壓時(shí)，硅光敏二極管仍然有光電流輸出，此為光生伏特效應(yīng)所產(chǎn)生的短路(dunl)電流。第48頁(yè)/共90

35、頁(yè)第四十八頁(yè)，共91頁(yè)。 4. 溫度(wnd)特性+EGGUIbBGRLRcR圖（d）為光敏二極管在電壓不變和照度不變的情況(qngkung)下，光電流I隨溫度T的變化。第49頁(yè)/共90頁(yè)第四十九頁(yè)，共91頁(yè)。5. 暗電流 uRWR1GG 曲線(qxin)1和2分別為鍺和硅光敏二極管的暗電流隨溫度變化的曲線(qxin)。硅器件的暗電流及其溫度系數(shù)比鍺器件小。第50頁(yè)/共90頁(yè)第五十頁(yè)，共91頁(yè)。6. 頻率特性C 節(jié)電容RD 反向(fn xin)偏置電阻RL 負(fù)載電阻RDRLCis第51頁(yè)/共90頁(yè)第五十一頁(yè)，共91頁(yè)。iRLCIcIL i= ic+ iLU(jC+1/RL) U= i/(jC+

36、1/RL) =Umax/1+(CRL)21/2 ej 上限頻率(pnl)： 負(fù)載電阻兩端的電壓會(huì)隨著調(diào)制的入射光頻率(pnl)的提高而下降，當(dāng)頻率(pnl)增加到FH時(shí),U=0.707Umax， 則稱此時(shí)的頻率(pnl)為上限頻率(pnl)或截止頻率(pnl)。 當(dāng)U=0.707 Umax時(shí)， 1+(CRL)22， 即： CRL1 1/(CRL), FH=1/(2CRL)減少負(fù)載電阻減少負(fù)載電阻RL，可使上限可使上限(shngxin)頻率頻率fH提高提高第52頁(yè)/共90頁(yè)第五十二頁(yè)，共91頁(yè)。 光敏二極管等效簡(jiǎn)化聯(lián)接電路如下圖，其結(jié)電容c=5微微法，負(fù)載電阻RL 100千歐，求：此電路的上限頻

37、率(pnl)為多少？ 例例1：isRLCIcIL第53頁(yè)/共90頁(yè)第五十三頁(yè)，共91頁(yè)。 光敏二極管的聯(lián)接和伏安特性如下圖，若光敏二極管上的照度光敏二極管的聯(lián)接和伏安特性如下圖，若光敏二極管上的照度L100+100Sin（t）勒克斯，為使光敏二極管上有）勒克斯，為使光敏二極管上有10V的電壓變化的電壓變化(binhu)。請(qǐng)選擇合適的負(fù)載電阻和電源電壓，并繪出電流、電壓隨光。請(qǐng)選擇合適的負(fù)載電阻和電源電壓，并繪出電流、電壓隨光強(qiáng)變化強(qiáng)變化(binhu)曲線。曲線。 例例1：RLEUU（V）I（A）10200Lx150Lx100Lx50Lx2 三電路分析三電路分析(fnx)與計(jì)算與計(jì)算第54頁(yè)/共

38、90頁(yè)第五十四頁(yè)，共91頁(yè)。四、四、PIN管管 PIN管是光電二極管中的一種。是在管是光電二極管中的一種。是在P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。 這樣，這樣，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于I層中，從而使層中，從而使PN結(jié)雙電結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。層的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式由式 = CfRL與與f = 1/2知，知，Cf小，小，則小，頻帶將變寬。因此，這則小，頻帶將變寬。因此，這種管子最大的特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)種管子最大的特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)10GHz。另一個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)?。另?/p>

39、個(gè)特點(diǎn)是，因?yàn)镮層很層很厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出厚，在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓，線性輸出(shch)范圍寬。范圍寬。 第55頁(yè)/共90頁(yè)第五十五頁(yè)，共91頁(yè)。 由耗盡層寬度與外加電壓由耗盡層寬度與外加電壓(diny)的關(guān)系可知，的關(guān)系可知，增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容增加反向偏壓會(huì)使耗盡層寬度增加，從而結(jié)電容要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。要進(jìn)一步減小，使頻帶寬度變寬。 所不足的是，所不足的是，I層電阻很大，管子的輸出電流小，層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。 目前有將目前有將PIN管與前置運(yùn)算放大

40、器集成在同一硅管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。 第56頁(yè)/共90頁(yè)第五十六頁(yè)，共91頁(yè)。第57頁(yè)/共90頁(yè)第五十七頁(yè)，共91頁(yè)。第58頁(yè)/共90頁(yè)第五十八頁(yè)，共91頁(yè)。 雪崩光電二極管是利用雪崩光電二極管是利用PN結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。 這種管子工作電壓很高，約這種管子工作電壓很高，約100200V，接近于反，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)

41、生電離雪崩反應(yīng)。可得到極大的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此因此(ync)，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。雪崩(xubng)二極管五、五、APD(雪崩雪崩(xubng)光光電二極管電二極管)第59頁(yè)/共90頁(yè)第五十九頁(yè)，共91頁(yè)。APD載流子雪崩式倍增示意圖載流子雪崩式倍增示意圖(只畫(huà)出電子）只畫(huà)出電子）I0NPP(N)光第60頁(yè)/共90頁(yè)第六十頁(yè)，共91頁(yè)。 當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，電流增益(zngy)可達(dá)可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的自持雪崩。即產(chǎn)生所謂的自持雪崩。 這種管子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)這種管

42、子響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá)100GHz，是目前，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。 由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)法使用。噪聲水平，以至無(wú)法使用。 第61頁(yè)/共90頁(yè)第六十一頁(yè)，共91頁(yè)。第62頁(yè)/共90頁(yè)第六十二頁(yè)，共91頁(yè)。一原理與結(jié)構(gòu)一原理與結(jié)構(gòu) 光敏三極管的集電極電流受光通量光敏三極管的集電極電流受

43、光通量的控制。其外形由光窗、集電極和發(fā)射的控制。其外形由光窗、集電極和發(fā)射極的引出極的引出(yn ch)腳組成。腳組成。 光敏三極管的靈敏度較高，光敏三極管的靈敏度較高，一般為毫安級(jí)，但它在較強(qiáng)的一般為毫安級(jí)，但它在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。頻率特性和溫度性關(guān)系。頻率特性和溫度(wnd)特性也變差，故光敏特性也變差，故光敏三極管多用作光電開(kāi)關(guān)或光電三極管多用作光電開(kāi)關(guān)或光電邏輯元件。邏輯元件。3.1.5 光敏三極管光敏三極管I Ic cIICI+ E U N N P第63頁(yè)/共90頁(yè)第六十三頁(yè)，共91頁(yè)。 正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。因此，集電結(jié)為反偏置

44、，發(fā)射結(jié)正常運(yùn)用時(shí)，集電極加正電壓。因此，集電結(jié)為反偏置，發(fā)射結(jié)為正偏置，集電結(jié)為光電結(jié)。為正偏置，集電結(jié)為光電結(jié)。 當(dāng)光照到集電結(jié)上時(shí)，集電結(jié)即產(chǎn)生光電流當(dāng)光照到集電結(jié)上時(shí)，集電結(jié)即產(chǎn)生光電流Ip向基區(qū)注入，同時(shí)向基區(qū)注入，同時(shí)在集電極電路即產(chǎn)生了一個(gè)被放大在集電極電路即產(chǎn)生了一個(gè)被放大(fngd)的電流的電流Ic（Ie（1）Ip），），為電流放大為電流放大(fngd)倍數(shù)。倍數(shù)。 光電晶體管的電流放大光電晶體管的電流放大(fngd)作用與普通晶體管在上偏流電路作用與普通晶體管在上偏流電路中接一個(gè)光電二極管的作用是完全相同的。中接一個(gè)光電二極管的作用是完全相同的。 第64頁(yè)/共90頁(yè)第六十四

45、頁(yè)，共91頁(yè)。 光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級(jí)。大，多為毫安級(jí)。 它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。度不成線性關(guān)系。 光電晶體管多用來(lái)作光電開(kāi)關(guān)元件光電晶體管多用來(lái)作光電開(kāi)關(guān)元件(yunjin)或光電邏輯元件或光電邏輯元件(yunjin)。 光電晶體管的伏安特性曲線如圖光電晶體管的伏安特性曲線如圖第65頁(yè)/共90頁(yè)第六十五頁(yè)，共91頁(yè)。幾種幾種(j zhn)國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)3DU型光電三型光電三極管的特性極管的特性

46、第66頁(yè)/共90頁(yè)第六十六頁(yè)，共91頁(yè)。第67頁(yè)/共90頁(yè)第六十七頁(yè)，共91頁(yè)。第68頁(yè)/共90頁(yè)第六十八頁(yè)，共91頁(yè)。溫度溫度(wnd)(wnd)特性特性光電三極管受溫度光電三極管受溫度(wnd)的的影響比光電二極管大得多。影響比光電二極管大得多。第69頁(yè)/共90頁(yè)第六十九頁(yè)，共91頁(yè)。4.4.頻率特性頻率特性頻率特性比頻率特性比光電二極管光電二極管差。差。 二、基本二、基本(jbn)電路電路1.1.測(cè)量測(cè)量(cling)(cling)電路電路光電三極管可看成是一個(gè)靈敏度高的光電二極管。光電三極管可看成是一個(gè)靈敏度高的光電二極管。光電流較大光電流較大(jio d)，使用較方便。用作測(cè)量時(shí)，使

47、用較方便。用作測(cè)量時(shí)，其基本電路與光電二極管相同。其基本電路與光電二極管相同。 第70頁(yè)/共90頁(yè)第七十頁(yè)，共91頁(yè)。接電阻接電阻(dinz)Rb(dinz)Rb，使使rbe rbe 減小并趨于穩(wěn)減小并趨于穩(wěn)定，可使暗電流及隨定，可使暗電流及隨溫度的變化減小。溫度的變化減小。除用除用Rb Rb 以外，還利用二以外，還利用二極管進(jìn)行溫度補(bǔ)償。極管進(jìn)行溫度補(bǔ)償。ReRe作作反饋反饋(fnku)(fnku)電阻，可改電阻，可改善測(cè)量的線性。善測(cè)量的線性。第71頁(yè)/共90頁(yè)第七十一頁(yè)，共91頁(yè)。2.2.控制電路控制電路 用無(wú)基極引出用無(wú)基極引出(yn ch)線的硅光線的硅光電三極管作光控繼電三極管作光

48、控繼電器。無(wú)光照時(shí)集電器。無(wú)光照時(shí)集電極電流基本為零，電極電流基本為零，使繼電器靈敏工作。使繼電器靈敏工作。 電流電流(dinli)控控制制第72頁(yè)/共90頁(yè)第七十二頁(yè)，共91頁(yè)。電壓電壓(diny)控制控制亮通電路亮通電路(dinl)暗通電路暗通電路(dinl)第73頁(yè)/共90頁(yè)第七十三頁(yè)，共91頁(yè)。有斯密特觸發(fā)器的光控電路有斯密特觸發(fā)器的光控電路(dinl)光線明暗漸變，達(dá)預(yù)定亮度繼電器準(zhǔn)確光線明暗漸變，達(dá)預(yù)定亮度繼電器準(zhǔn)確(zhnqu)動(dòng)作。動(dòng)作。第74頁(yè)/共90頁(yè)第七十四頁(yè)，共91頁(yè)。附：斯密特觸發(fā)器（滯回比較附：斯密特觸發(fā)器（滯回比較(bjio)器）器）UREF 為參考電壓；輸為參考

49、電壓；輸出出(shch)電壓電壓 uO 為為 +UZ 或或 -UZ；uI 為輸入電壓。為輸入電壓。當(dāng)當(dāng) u+ = u- 時(shí)，輸出時(shí)，輸出(shch)電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。電壓的狀態(tài)發(fā)生跳變。OF22REFF2FuRRRURRRu 比較器有兩個(gè)不同的門(mén)限電平，故比較器有兩個(gè)不同的門(mén)限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。傳輸特性呈滯回形狀。 +UZuIuO - -UZOUT- -UT+ +圖圖 8.2.6滯回比較器滯回比較器第75頁(yè)/共90頁(yè)第七十五頁(yè)，共91頁(yè)。若若 uO= UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸減小時(shí)，使逐漸減小時(shí)，使 uO 由由 UZ 跳變?yōu)樘優(yōu)?UZ 所需的門(mén)限所需的門(mén)限(mnxin)電平電平

50、 UT- ZF22REFF2FTURRRURRRU 回差回差(門(mén)限門(mén)限(mnxin)寬度寬度)UT ：ZF22TTT2URRRUUU 若若 uO = UZ ，當(dāng)，當(dāng) uI 逐漸逐漸(zhjin)增大時(shí)，使增大時(shí)，使 uO 由由 +UZ 跳變?yōu)樘優(yōu)?-UZ 所需的門(mén)限電平所需的門(mén)限電平 UT+ ZF22REFF2FTURRRURRRU 第76頁(yè)/共90頁(yè)第七十六頁(yè)，共91頁(yè)。 作用(zuyng)：產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波，或用于波形變換?？垢蓴_能力強(qiáng)。第77頁(yè)/共90頁(yè)第七十七頁(yè)，共91頁(yè)。T2 T2 、T3 T3 組成組成(z chn)(z chn)斯密特觸斯密特觸發(fā)電路，即射極耦合觸發(fā)器

51、。發(fā)電路，即射極耦合觸發(fā)器。 斯密特觸發(fā)器輸入（斯密特觸發(fā)器輸入（Ui)Ui)、輸、輸出出(shch)(shch)（Uo)Uo)之間的關(guān)系之間的關(guān)系如圖：如圖： 斯密特觸發(fā)器把漸變信號(hào)斯密特觸發(fā)器把漸變信號(hào)(xnho)變?yōu)檐S變信號(hào)變?yōu)檐S變信號(hào)(xnho)，是，是雙穩(wěn)態(tài)電路，從而使繼電器可靠地雙穩(wěn)態(tài)電路，從而使繼電器可靠地動(dòng)作。動(dòng)作。JEC-2JEC-2是內(nèi)含斯密特觸發(fā)器的是內(nèi)含斯密特觸發(fā)器的ICIC片。片。 第78頁(yè)/共90頁(yè)第七十八頁(yè)，共91頁(yè)。用用JEC-2JEC-2的暗通的暗通光電控制電路光電控制電路附：附： 光電場(chǎng)效應(yīng)管光電場(chǎng)效應(yīng)管光電場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與普通光電場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與普通(pt

52、ng)(ptng)結(jié)型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管類似場(chǎng)效應(yīng)管類似: :有柵極、源極、漏極。有柵極、源極、漏極。 第79頁(yè)/共90頁(yè)第七十九頁(yè)，共91頁(yè)。光入射于柵源光入射于柵源PNPN結(jié)，產(chǎn)生光生結(jié)，產(chǎn)生光生(un shn)(un shn)柵電壓。柵電壓。UGS UGS 控制控制(kngzh)(kngzh)ID,ID,作用可作用可等效為光電二極管與場(chǎng)效應(yīng)管的組等效為光電二極管與場(chǎng)效應(yīng)管的組合。合。基本基本(jbn)電路電路第80頁(yè)/共90頁(yè)第八十頁(yè)，共91頁(yè)。GPUU無(wú)光照時(shí)溝道無(wú)光照時(shí)溝道(u do)(u do)被被夾斷，夾斷，0DI 有光入射光敏面時(shí)，光電流在柵電阻有光入射光敏面時(shí)，光電流在柵電阻(dinz)(dinz)上產(chǎn)生壓上產(chǎn)生壓降降 GIR;當(dāng)當(dāng)GGPUI RU時(shí)，即有時(shí)，即有IIS LGIGI RS R L使溝道使溝道(u do)開(kāi)啟的最開(kāi)啟的最小光照度為小光照度為minGPIGUULS R0DIDmGSIgUGImDRLLSgI)(min第81頁(yè)/共90頁(yè)第八十一頁(yè)，共91頁(yè)。GmIDRgSLIS光電場(chǎng)效應(yīng)管可以通過(guò)光電場(chǎng)效應(yīng)管可以通過(guò)改變改變RGRG的值調(diào)節(jié)的值調(diào)節(jié)(tioji)(tioji)光電靈敏度，光電靈敏度，這在實(shí)用中是很有意義這在實(shí)用中是很有意義的。