光敏电阻.ppt

光电探测器 光敏电阻 受到光照的半导体的电导率 发生变化或产生光生电动势的现象称为内光电效应 由于光照而引起半导体的电导率 发生变化的现象称为光电导效应 利用光电导效应原理而工作的探测器称为光电导探测器 作为半导体材料的一种体效应 光电导效应无须形成p n结 光照越强 光电导材料的电阻率越小 故光电导材料又称为光敏电阻 光电导效应 光电导效应 本征光电导 杂质光电导 光电导效应 电子 空穴 式中e是电子电荷量 如果半导体的截面是A 则电导G为 光电转换原理 L 光 光功率在材料内部沿x方向的变化率为 u 光敏电阻实物图 在一块均匀光电导体两端加上电极 贴在硬质玻璃 云母 高频瓷或其他绝缘材料基板上 两端接有电极引线 封装在带有窗口的金属或塑料外壳内 结构 三种结构形式 三种结构形式 梳型结构在玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽 在槽内填入黄金或石墨等导电物质 在表面再敷上一层光敏材料 如图所示 蛇形结构如图 光电导材料制成蛇形 光电导两侧为金属导电材料 并在其上设置电极 三种结构形式 刻线结构在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔 将其刻划成栅状槽 然后在槽内填入光敏电阻材料层后制成 其结构如图所示 三种结构形式 工作原理图 光敏响应特性 可见光区灵敏的几种光敏电阻 在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线1 硫化镉单晶2 硫化镉多晶3 硒化镉多晶4 硫化镉与硒化镉混合多晶 红外区灵敏的几种光敏电阻 光敏响应特性 光照特性 光敏电阻的光电特性是指在一定电压作用下流过光敏电阻的电流与作用到光敏电阻上的光通量 光照度 的关系 光照指数 电压指数 伏安特性 在一定的光照下 光敏电阻的光电流与所加的电压关系光敏电阻是一个纯电阻 因此符合欧姆定律 其伏安特性曲线为直线 不同光照度对应不同直线 受耗散功率的限制 在使用时 光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压图中虚线为允许功耗曲线由此可确定光敏电阻正常工作电压 伏安特性 伏安特性 1 光敏电阻为纯电阻 符合欧姆定律 对多数半导体 当电场强度超过104伏特 厘米 强光时 不遵守欧姆定律 硫化镉例外 其伏安特性在100多伏就不成线性了 2 光照使光敏电阻发热 使得在额定功耗内工作 其最高使用电压由其耗散功率所决定 而功耗功率又和其面积大小 散热情况有关 3 伏安特性曲线和负载线的交点即为光敏电阻的工作点 时间响应特性 当光敏电阻突然受到光照时 电导率上升到最终值的63 所花的时间 被称为上升时间常数 降低时间常数是把器件突然黑暗时 其导电率降到起始值的37 即降低63 所花的时间 热噪声 产生复合噪声 1 f噪声与调制频率的关系 1 红外 减小温漂 使信号放大 可调制较高的f 2 制冷可降低热噪声 3 恰当的偏置电路 可使信噪比最大 噪声特性 温度特性 光敏电阻的特性参数受工作温度的影大 只要温度稍有变化 它的其它参数都发生变化 而且这种变化无规律 为了提高光敏电阻性能的稳定性 降低噪声和提高探测率 就需要采取冷却装置 光谱响应范围相当宽 可见光 红外 远红外 紫外区域工作电流大 可达数毫安 所测光电强度范围宽 既可测弱光 也可测强光灵敏度高 光电增益可以大于1无选择极性之分 使用方便 缺点 强光下光电线性度较差 弛豫时间过长 频率特性差 工作性能特点 优点 光敏电阻的使用 1 当用于模拟量测量时 因光照指数 与光照强弱有关 只有在弱光照下光电流与入射辐射通量成线性关系 2 用于光度量测试仪器时 必须对光谱特性曲线进行修正 保证其与人眼的光谱光视效率曲线符合 3 光敏电阻的光谱特性与温度有关 温度低时 灵敏范围和峰值波长都向长波方向移动 可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区的灵敏度 4 光敏电阻频带宽度都比较窄 在室温下只有少数品种能超过1000Hz 典型光敏电阻 CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻 它的光谱响应特性最接近人眼光谱光视效率 它在可见光波段范围内的灵敏度最高 因此 被广泛地应用于灯光的自动控制 照相机的自动测光等 CdS光敏电阻的峰值响应波长为0 52 m CdSe光敏电阻为0 72 m 一般调整S和Se的比例 可使Cd S Se 光敏电阻的峰值响应波长大致控制在0 52 0 72 m范围内 碲镉汞 HgCdTe 系列光敏电阻 Hg1 xCdxTe x是Cd含量组分 变化范围0 18 0 4 长波限为3 30 m x 0 2 光谱响应8 14 m x 0 28 光谱响应3 5 m x 0 39 光谱响应1 3 m 典型光敏电阻 InSb光敏电阻是3 5 m光谱范围内的主要探测器件之一 InSb材料不仅适用于制造单元探测器件 也适宜制造阵列红外探测器件 InSb光敏电阻在室温下的长波长可达7 5 m 峰值波长在6 m附近 比探测率D 约为1 1011cm Hz W 1 当温度降低到77K 液氮 时 其长波长由7 5 m缩短到5 5 m 峰值波长也将移至5 m 恰为大气的窗口范围 峰值比探测率D 升高到2 1011cm Hz W 1 典型光敏电阻 光敏电阻是器件中用的较广的一种 由于它体积小 灵敏度高 性能稳定 价格低 因此在自动控制 家用电器中得到广泛应用 例如在电视机中作亮度自动调节 照相机中作自动曝光 音乐石英钟中控制晚间不奏鸣报点 另外在路灯航标灯自动控制电路 卷带自停装置及防盗报警装置中起了重要作用 光敏电阻的应用 最常见的就是自动照明灯装置 路灯自动点熄电路 如图所示是利用光敏电阻控制的路灯自动点熄电路 该电路由两部分组成 电阻R 电容C和二极管D组成半波整流电路CdS光敏电阻和J组成光控继电器 路灯接在继电器常闭触点上 由光控继电器控制灯的点燃和熄灭 工作原理是 晚上光线很暗 CdS光敏电阻阻值很大 流过J的电流很小 使继电器J不动作 路灯接通电源点亮 早上 天渐渐变亮 即照度逐渐增大 CdS光敏电阻受光照后 阻值变小 流过J的电流逐渐增大 当照度达到一定值时 流过继电器的电流足以使J动作 使其闭合 其常闭触点断开 路灯熄灭 数码相机为什么能实现自动曝光 光敏电阻用于照相机自动曝光电路 光照强 曝光时间短光照弱 曝光时间长 光触自锁继电开关 电路如图所示 此开关可安装在保险箱里 当亮光进入暗箱内部时 继电器开关可以触发电路并输出报警 电路中R1 光敏电阻 Rv 构成电位分压器 通过调节RV 阻值可控制光敏电阻的灵敏度 由于暗光时 光敏电阻为高阻值 Q基极偏压为零 所以继电器QC不动作 当强光照射装置时 光敏电阻阻值下降至很小 于Q1Q2触发导通 QC继电器动作