第4章光電測(cè)試常用器件

1、1第第4章章 光電測(cè)試常用器件光電測(cè)試常用器件- 電壓靈敏度（電壓靈敏度（V/W） 一、光電器件的性能參數(shù)一、光電器件的性能參數(shù)1. 探測(cè)靈敏度（響應(yīng)度）探測(cè)靈敏度（響應(yīng)度）- 電流靈敏度（電流靈敏度（A/W） 2. 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間tr -響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的10%10%上升到上升到90%90%所用所用的時(shí)間的時(shí)間下降時(shí)間下降時(shí)間tf - 響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的90%90%下降到下降到10%10%所用所用的時(shí)間的時(shí)間2上限截止頻率上限截止頻率f fc c - 輸出信號(hào)功率降到零頻時(shí)的一半（信號(hào)輸出信號(hào)功率降到零頻時(shí)的一半（信號(hào)幅度下降到幅度下降到0.7070.7

2、07）3. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)3- 最小可測(cè)功率最小可測(cè)功率4. 噪聲等效功率（噪聲等效功率（NEP）歸一化噪聲等效功率歸一化噪聲等效功率45. 探測(cè)度與比探測(cè)度探測(cè)度與比探測(cè)度探測(cè)度探測(cè)度歸一化探測(cè)度歸一化探測(cè)度-比探測(cè)度比探測(cè)度6. 量子效率量子效率51. 光電真空器件及其特性光電真空器件及其特性光電倍增管（光電倍增管（PMTPMT）1 1）工作原理）工作原理二、光電發(fā)射器件二、光電發(fā)射器件6聚焦型聚焦型非聚焦型非聚焦型7(1) (1) 靈敏度靈敏度2. 光電倍增管特性參數(shù)光電倍增管特性參數(shù)(2) (2) 電流增益電流增益G G(3) (3) 光電特性光電特性8(4) (4) 伏安特性伏安特

3、性9(5) (5) 暗電流暗電流各極都加上正常工作電壓，并且陰極無光照情況下陽極的各極都加上正常工作電壓，并且陰極無光照情況下陽極的輸出電流輸出電流限制了可測(cè)光通量的最小值，產(chǎn)生噪聲的主要因素限制了可測(cè)光通量的最小值，產(chǎn)生噪聲的主要因素(6) (6) 噪聲與噪聲等效功率噪聲與噪聲等效功率103. 光電倍增管的供電電路光電倍增管的供電電路11電阻率的變化表現(xiàn)為其間電阻值的變化電阻率的變化表現(xiàn)為其間電阻值的變化 - 光敏電阻光敏電阻1）常用光敏電阻材料）常用光敏電阻材料光敏電阻及其特性光敏電阻及其特性三、光電導(dǎo)器件三、光電導(dǎo)器件122）光敏電阻結(jié)構(gòu)）光敏電阻結(jié)構(gòu)圖形符號(hào)圖形符號(hào)133）光敏電阻的特

4、性）光敏電阻的特性 光電特性和光照指數(shù)光電特性和光照指數(shù)光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度光電流與照度的關(guān)系光電流與照度的關(guān)系 - - 光電特性光電特性14 光譜光譜特性特性- - 相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線1516 頻率特性頻率特性響應(yīng)時(shí)間不同響應(yīng)時(shí)間不同 - - 不同的截止頻率不同的截止頻率17 伏安特性伏安特性一定的光照下，加到光敏電阻兩端的電壓與流過光敏電阻一定的光照下，加到光敏電阻兩端的電壓與流過光敏電阻的亮電流之間的關(guān)系的亮電流之間的關(guān)系18 溫度溫度特性特性一定照度下，不同材料的亮電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)一定照度下，不同材料的亮電阻的溫度系數(shù)有正

5、有負(fù)- - 復(fù)雜復(fù)雜194）光敏電阻質(zhì)量的測(cè)試）光敏電阻質(zhì)量的測(cè)試將萬用表置于將萬用表置于R1K擋，把光敏電阻放在距擋，把光敏電阻放在距離離25W白熾燈白熾燈50cm遠(yuǎn)處（其照度約為遠(yuǎn)處（其照度約為100lx），），可測(cè)得光敏電阻的亮阻；再在完全黑暗的條件可測(cè)得光敏電阻的亮阻；再在完全黑暗的條件下直接測(cè)量其暗阻值。下直接測(cè)量其暗阻值。如果亮阻值為幾千到幾十千歐姆，暗阻值為幾如果亮阻值為幾千到幾十千歐姆，暗阻值為幾兆到幾十兆歐姆，則說明光敏電阻質(zhì)量良好。兆到幾十兆歐姆，則說明光敏電阻質(zhì)量良好。20光電池光電池太陽能電池太陽能電池 - - 將光能轉(zhuǎn)換為太陽能；將光能轉(zhuǎn)換為太陽能；光電池光電池 -

6、- 測(cè)量光輻射用測(cè)量光輻射用1 1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電氣符號(hào)電氣符號(hào)四、光伏器件四、光伏器件212 2）光電池的特性與應(yīng)用）光電池的特性與應(yīng)用 光電特性光電特性- - 光電池開路電壓和短路電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電池開路電壓和短路電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系22開路電壓和短路電流與光電池受光面積的關(guān)系開路電壓和短路電流與光電池受光面積的關(guān)系23不同負(fù)載電阻下的光電特性不同負(fù)載電阻下的光電特性24 伏安特性伏安特性- - 表示輸出功率的大小表示輸出功率的大小25 頻率特性頻率特性- - 描述光的交變頻率與光電池輸出電流的關(guān)系描述光的交變頻率與光電池輸出電流的關(guān)系262 2）太陽能電池電源太陽能電池電

7、源27太陽能電池方陣是由光電池光電池構(gòu)成的一個(gè)陣列，其原理是：半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng) 蓄電池組蓄電池組供無太陽光照射時(shí)使用 。調(diào)節(jié)控制器調(diào)節(jié)控制器實(shí)現(xiàn)充、放電自動(dòng)控制，當(dāng)充電電壓達(dá)到蓄電池上限電壓時(shí)，自動(dòng)切斷充電電路，停止對(duì)蓄電池充電；而當(dāng)蓄電池電壓低于下限電壓時(shí)，自動(dòng)切斷輸出電路。阻塞二極管阻塞二極管：太陽能電池方陣不發(fā)電或出現(xiàn)短路故障時(shí)，阻塞二極管起到避免蓄電池通過太陽能電池放電的作用。逆變器逆變器：蓄電池組是直流電，要想向交流負(fù)載供電，則需要通過逆變器將直流電變成交流電。282.2.光敏二極管光敏二極管1 1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 2）圖形符號(hào)）圖形符號(hào)29硅光敏二極管的封

8、裝硅光敏二極管的封裝30- - 加反向電壓工作加反向電壓工作正向電壓正向電壓- - 單向?qū)щ娦裕ㄆ胀ǘO管）單向?qū)щ娦裕ㄆ胀ǘO管）3 3）光敏二極管的用法和特點(diǎn)）光敏二極管的用法和特點(diǎn)314 4）光敏二極管的檢測(cè)方法）光敏二極管的檢測(cè)方法當(dāng)有光照射在光敏二極管上時(shí)，光敏二極管與普通二極管一樣，當(dāng)有光照射在光敏二極管上時(shí)，光敏二極管與普通二極管一樣，有較小的正向電阻和較大的反向電阻；有較小的正向電阻和較大的反向電阻；當(dāng)無光照射時(shí)，光敏二極管正向電阻和反向電阻都很大。當(dāng)無光照射時(shí)，光敏二極管正向電阻和反向電阻都很大。用歐姆表檢測(cè)時(shí)，先讓光照射在光敏二極管管芯上，測(cè)出其正向電阻，用歐姆表檢測(cè)時(shí)，先

9、讓光照射在光敏二極管管芯上，測(cè)出其正向電阻，其阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，正向電阻值越小；其阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，正向電阻值越小；然后用一塊遮光黑布擋住照射在光敏二極管上的光線，測(cè)量其阻值，然后用一塊遮光黑布擋住照射在光敏二極管上的光線，測(cè)量其阻值，這時(shí)正向電阻應(yīng)立即變得很大。這時(shí)正向電阻應(yīng)立即變得很大。有光照和無光照下所測(cè)得的兩個(gè)正向電阻值相差越大越好。有光照和無光照下所測(cè)得的兩個(gè)正向電阻值相差越大越好。323.PIN3.PIN光敏二極管光敏二極管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾雜一層很厚的本征半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體之間夾雜一層很厚的本征半導(dǎo)體（I層）層） 頻帶寬頻帶寬

10、 線性輸出范圍很寬線性輸出范圍很寬 I I層電阻大，管子輸出電流小層電阻大，管子輸出電流小特點(diǎn)：特點(diǎn)：334.4.雪崩光敏二極管（雪崩光敏二極管（APDAPD）利用利用P-N結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種光伏器件結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來工作的一種光伏器件工作電壓很高工作電壓很高很高的內(nèi)增益很高的內(nèi)增益響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)341 1） 伏安特性伏安特性352 2） 特性參數(shù)特性參數(shù) 雪崩增益雪崩增益M M- - 有光照時(shí)的光電流有光照時(shí)的光電流I Ip p與無倍增時(shí)的光電流與無倍增時(shí)的光電流I I0 0之比之比 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間- - 光生載流子在結(jié)區(qū)

11、的渡越時(shí)間很短（高反向偏壓）光生載流子在結(jié)區(qū)的渡越時(shí)間很短（高反向偏壓）363 3）特點(diǎn)）特點(diǎn) 體積小、工作電壓低、使用方便體積小、工作電壓低、使用方便 暗電流大，噪聲也大暗電流大，噪聲也大 光譜為光譜為0.81.10.81.1 m m區(qū)，量子效率高于光電倍增管區(qū)，量子效率高于光電倍增管375.5.光敏晶體管光敏晶體管- - 集電極電流不僅受基極電路的電流控制，也受光的控制集電極電流不僅受基極電路的電流控制，也受光的控制構(gòu)成構(gòu)成-光窗、集電極引出線、發(fā)射極引出線光窗、集電極引出線、發(fā)射極引出線電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)38結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理 - - 兩個(gè)兩個(gè)P-NP-N結(jié)構(gòu)成結(jié)構(gòu)成39光敏晶體管的檢測(cè)方法光敏晶體管的檢測(cè)方法用一塊黑布遮住照射在光敏三極管的光，用一塊黑布遮住照射在光敏三極管的光，選用萬用表的選用萬用表的Rk擋，測(cè)量其兩引腳引線擋，測(cè)量其兩引腳引線間的正、反向電阻，若均為無限大時(shí)則為光間的正、反向電阻，若均為無限大時(shí)則為光敏三極管；敏三極管；拿走黑布，則萬用表指針向右偏轉(zhuǎn)到拿走黑布，則萬用表指針向右偏轉(zhuǎn)到1530 k處，偏轉(zhuǎn)角越大，說明其靈敏度越高。處，偏轉(zhuǎn)角越大，說明其靈敏度越高。401）一維）一維PSD工作原理工作原理6.6.光電位置器件光電