第4章光电测试常用器件

1、1第第4章章 光电测试常用器件光电测试常用器件- 电压灵敏度（电压灵敏度（V/W） 一、光电器件的性能参数一、光电器件的性能参数1. 探测灵敏度（响应度）探测灵敏度（响应度）- 电流灵敏度（电流灵敏度（A/W） 2. 响应时间响应时间上升时间上升时间tr -响应从稳态值的响应从稳态值的10%10%上升到上升到90%90%所用所用的时间的时间下降时间下降时间tf - 响应从稳态值的响应从稳态值的90%90%下降到下降到10%10%所用所用的时间的时间2上限截止频率上限截止频率f fc c - 输出信号功率降到零频时的一半（信号输出信号功率降到零频时的一半（信号幅度下降到幅度下降到0.7070.7

2、07）3. 频率响应频率响应3- 最小可测功率最小可测功率4. 噪声等效功率（噪声等效功率（NEP）归一化噪声等效功率归一化噪声等效功率45. 探测度与比探测度探测度与比探测度探测度探测度归一化探测度归一化探测度-比探测度比探测度6. 量子效率量子效率51. 光电真空器件及其特性光电真空器件及其特性光电倍增管（光电倍增管（PMTPMT）1 1）工作原理）工作原理二、光电发射器件二、光电发射器件6聚焦型聚焦型非聚焦型非聚焦型7(1) (1) 灵敏度灵敏度2. 光电倍增管特性参数光电倍增管特性参数(2) (2) 电流增益电流增益G G(3) (3) 光电特性光电特性8(4) (4) 伏安特性伏安特

3、性9(5) (5) 暗电流暗电流各极都加上正常工作电压，并且阴极无光照情况下阳极的各极都加上正常工作电压，并且阴极无光照情况下阳极的输出电流输出电流限制了可测光通量的最小值，产生噪声的主要因素限制了可测光通量的最小值，产生噪声的主要因素(6) (6) 噪声与噪声等效功率噪声与噪声等效功率103. 光电倍增管的供电电路光电倍增管的供电电路11电阻率的变化表现为其间电阻值的变化电阻率的变化表现为其间电阻值的变化 - 光敏电阻光敏电阻1）常用光敏电阻材料）常用光敏电阻材料光敏电阻及其特性光敏电阻及其特性三、光电导器件三、光电导器件122）光敏电阻结构）光敏电阻结构图形符号图形符号133）光敏电阻的特

4、性）光敏电阻的特性 光电特性和光照指数光电特性和光照指数光敏电阻的光电导灵敏度光敏电阻的光电导灵敏度光电流与照度的关系光电流与照度的关系 - - 光电特性光电特性14 光谱光谱特性特性- - 相对灵敏度与波长的关系曲线相对灵敏度与波长的关系曲线1516 频率特性频率特性响应时间不同响应时间不同 - - 不同的截止频率不同的截止频率17 伏安特性伏安特性一定的光照下，加到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻一定的光照下，加到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电流之间的关系的亮电流之间的关系18 温度温度特性特性一定照度下，不同材料的亮电阻的温度系数有正有负一定照度下，不同材料的亮电阻的温度系数有正

5、有负- - 复杂复杂194）光敏电阻质量的测试）光敏电阻质量的测试将万用表置于将万用表置于R1K挡，把光敏电阻放在距挡，把光敏电阻放在距离离25W白炽灯白炽灯50cm远处（其照度约为远处（其照度约为100lx），），可测得光敏电阻的亮阻；再在完全黑暗的条件可测得光敏电阻的亮阻；再在完全黑暗的条件下直接测量其暗阻值。下直接测量其暗阻值。如果亮阻值为几千到几十千欧姆，暗阻值为几如果亮阻值为几千到几十千欧姆，暗阻值为几兆到几十兆欧姆，则说明光敏电阻质量良好。兆到几十兆欧姆，则说明光敏电阻质量良好。20光电池光电池太阳能电池太阳能电池 - - 将光能转换为太阳能；将光能转换为太阳能；光电池光电池 -

6、- 测量光辐射用测量光辐射用1 1）结构特点）结构特点电气符号电气符号四、光伏器件四、光伏器件212 2）光电池的特性与应用）光电池的特性与应用 光电特性光电特性- - 光电池开路电压和短路电流与入射光强度的关系光电池开路电压和短路电流与入射光强度的关系22开路电压和短路电流与光电池受光面积的关系开路电压和短路电流与光电池受光面积的关系23不同负载电阻下的光电特性不同负载电阻下的光电特性24 伏安特性伏安特性- - 表示输出功率的大小表示输出功率的大小25 频率特性频率特性- - 描述光的交变频率与光电池输出电流的关系描述光的交变频率与光电池输出电流的关系262 2）太阳能电池电源太阳能电池电

7、源27太阳能电池方阵是由光电池光电池构成的一个阵列，其原理是：半导体光生伏特效应半导体光生伏特效应 蓄电池组蓄电池组供无太阳光照射时使用 。调节控制器调节控制器实现充、放电自动控制，当充电电压达到蓄电池上限电压时，自动切断充电电路，停止对蓄电池充电；而当蓄电池电压低于下限电压时，自动切断输出电路。阻塞二极管阻塞二极管：太阳能电池方阵不发电或出现短路故障时，阻塞二极管起到避免蓄电池通过太阳能电池放电的作用。逆变器逆变器：蓄电池组是直流电，要想向交流负载供电，则需要通过逆变器将直流电变成交流电。282.2.光敏二极管光敏二极管1 1）结构特点）结构特点2 2）图形符号）图形符号29硅光敏二极管的封

8、装硅光敏二极管的封装30- - 加反向电压工作加反向电压工作正向电压正向电压- - 单向导电性（普通二极管）单向导电性（普通二极管）3 3）光敏二极管的用法和特点）光敏二极管的用法和特点314 4）光敏二极管的检测方法）光敏二极管的检测方法当有光照射在光敏二极管上时，光敏二极管与普通二极管一样，当有光照射在光敏二极管上时，光敏二极管与普通二极管一样，有较小的正向电阻和较大的反向电阻；有较小的正向电阻和较大的反向电阻；当无光照射时，光敏二极管正向电阻和反向电阻都很大。当无光照射时，光敏二极管正向电阻和反向电阻都很大。用欧姆表检测时，先让光照射在光敏二极管管芯上，测出其正向电阻，用欧姆表检测时，先

9、让光照射在光敏二极管管芯上，测出其正向电阻，其阻值与光照强度有关，光照越强，正向电阻值越小；其阻值与光照强度有关，光照越强，正向电阻值越小；然后用一块遮光黑布挡住照射在光敏二极管上的光线，测量其阻值，然后用一块遮光黑布挡住照射在光敏二极管上的光线，测量其阻值，这时正向电阻应立即变得很大。这时正向电阻应立即变得很大。有光照和无光照下所测得的两个正向电阻值相差越大越好。有光照和无光照下所测得的两个正向电阻值相差越大越好。323.PIN3.PIN光敏二极管光敏二极管结构：结构：P型半导体和型半导体和N型半导体之间夹杂一层很厚的本征半导体（型半导体之间夹杂一层很厚的本征半导体（I层）层） 频带宽频带宽

10、 线性输出范围很宽线性输出范围很宽 I I层电阻大，管子输出电流小层电阻大，管子输出电流小特点：特点：334.4.雪崩光敏二极管（雪崩光敏二极管（APDAPD）利用利用P-N结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种光伏器件结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种光伏器件工作电压很高工作电压很高很高的内增益很高的内增益响应速度快响应速度快电气图形符号电气图形符号341 1） 伏安特性伏安特性352 2） 特性参数特性参数 雪崩增益雪崩增益M M- - 有光照时的光电流有光照时的光电流I Ip p与无倍增时的光电流与无倍增时的光电流I I0 0之比之比 响应时间响应时间- - 光生载流子在结区

11、的渡越时间很短（高反向偏压）光生载流子在结区的渡越时间很短（高反向偏压）363 3）特点）特点 体积小、工作电压低、使用方便体积小、工作电压低、使用方便 暗电流大，噪声也大暗电流大，噪声也大 光谱为光谱为0.81.10.81.1 m m区，量子效率高于光电倍增管区，量子效率高于光电倍增管375.5.光敏晶体管光敏晶体管- - 集电极电流不仅受基极电路的电流控制，也受光的控制集电极电流不仅受基极电路的电流控制，也受光的控制构成构成-光窗、集电极引出线、发射极引出线光窗、集电极引出线、发射极引出线电气图形符号电气图形符号38结构原理结构原理 - - 两个两个P-NP-N结构成结构成39光敏晶体管的检测方法光敏晶体管的检测方法用一块黑布遮住照射在光敏三极管的光，用一块黑布遮住照射在光敏三极管的光，选用万用表的选用万用表的Rk挡，测量其两引脚引线挡，测量其两引脚引线间的正、反向电阻，若均为无限大时则为光间的正、反向电阻，若均为无限大时则为光敏三极管；敏三极管；拿走黑布，则万用表指针向右偏转到拿走黑布，则万用表指针向右偏转到1530 k处，偏转角越大，说明其灵敏度越高。处，偏转角越大，说明其灵敏度越高。401）一维）一维PSD工作原理工作原理6.6.光电位置器件光电