《光电检测技术及应用 第3版 》课件 -第3章 光电检测器件(3.2-3.4)

01十月2026《光电检测技术及应用》第3章光电检测器件目录3.1光电导器件

光敏电阻3.2光生伏特器件光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件3.3光电发射器件光电倍增管3.4热辐射探测器件热敏电阻、热电偶、热电堆3.5热释电器件3.6光耦合器件3.7图像传感器真空摄像管、电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强与变像①释义光敏电阻、PN结型光敏二极管、PIN型光敏二极管、雪崩型光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、色敏光生伏特器件、光生伏特组合件、光电位置敏感器、光电倍增管、热释电探测器、光耦合器件、真空摄像管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、像增强器、变像器的原理；②分析光敏电阻、PN结型光敏二极管、PIN型光敏二极管、雪崩型光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器、光电倍增管、热释电探测器、光耦合器件、真空摄像管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器的特性参数；③归纳光敏电阻、PN结型光敏二极管、PIN型光敏二极管、雪崩型光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、色敏光生伏特器件、光生伏特组合件、光电位置敏感器、热释电探测器、真空摄像管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、像增强器、变像器的使用方法；④区分各光电检测器件的异同点；⑤选择符合检测需求的光电检测器件。第3章光电检测器件教学要求某光敏二极管的结电容Cj=5pF，要求带宽为10MHz，若光敏二极管的管芯内阻为250Ω，则允许的最大负载电阻为多少？练习练习某光敏二极管的结电容Cj=5pF，要求带宽为10MHz，若光敏二极管的管芯内阻为250Ω，则允许的最大负载电阻为多少？练习知识点视频：以“光敏二极管”为例看光生伏特器件的反向偏置电路。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路1、反向偏置电路偏置电压与内建电场的方向相同的偏置电路称为反向偏置电路。a)原理示意图b)反向偏置电路

光生伏特器件的反向偏置电路当时，流过负载电阻的电流为：输出电压为：第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光敏晶体管的反向偏置电路的图解曲线第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光生伏特器件反向偏置电路的输出特性曲线输出电压的动态范围取决于电压电压与负载电阻。电流的动态范围也与负载电阻有关。电源电压和负载电阻的选择第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和光电变换的动态范围加宽。因此，反向偏置电路被广泛地应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。光生伏特器件反向偏置电路的输出特性曲线输出电压的动态范围取决于电压电压与负载电阻。电流的动态范围也与负载电阻有关。第6章光电检测系统典型电路二、光生伏特器件的偏置电路反向偏置电路的输出电流与入射辐射量的关系为：暗电流忽略不计，则：输出电压与入射辐射量的关系为：输出信号电压为：反向偏置电路输出信号电压ΔU与入射辐射量的变化成正比，变化方向相反，输出电压随入射辐射量增加而减小。光电池光敏二极管电阻率低高掺杂浓度（衬底材料）大小结面积大小偏置电压无偏置（光电流大）反向偏置（光电流小）2、硅光电池

不需加偏置电压就能把光能直接转换成电能的PN结光电器件。第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件太阳能硅光电池：因此成为航天工业中的重要电源，而且还被广泛地应用于供电困难的场所和一些日用便携电器中。测量硅光电池：应用在光度、色度、光学精密计量和测试设备中。

应用①作为电池，将硅光电池、串联成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站、野外灯塔、航标灯、无人气象站等无输电线路地区的电源供给；②作为光电检测器件，利用光电池做探测器有频率响应高，光电流随光照度线性变化等特点。可以作为开关使用，也可用于线性测量；如光电读数、光电开关、光栅测量技术、激光准直、电影还音等。光栅测量中使用的四等分硅光电池之类的多级电池组，差分放大电路中使用的对称半圆式、四象限式光电池组等。第3章光电检测器件二、光生伏特器件柔光罩下面为圆形光电池第3章光电检测器件二、光生伏特器件太阳能赛车太阳能电动机太阳能硅光电池板第3章光电检测器件二、光生伏特器件太阳能发电第3章光电检测器件二、光生伏特器件光电池在人造卫星等航空航天领域上的应用第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件基本结构a）2DR结构b）外形c）符号硅光电池按衬底材料的不同可分为2DR型和2CR型。硅光电池的受光面的输出电极多做成梳齿状或“E”字形电极，其目的是减小硅光电池的内电阻。另外，在光敏面上涂一层极薄的二氧化硅透明膜，它既可以起到防潮、防尘等保护作用，又可以减小硅光电池的表面对入射光的反射，增强对入射光的吸收。第3章光电检测器件二、光生伏特器件根据光生伏特效应制成的PN结型器件，一般作成面积大的薄片状，来接收更多的入射光。硅光电池的工作原理示意图硅光电池的伏安特性曲线工作原理第3章光电检测器件二、光生伏特器件输出特性

无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半导体二极管相同。

有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度与光照度成正比。

曲线与电压轴交点称为开路电压VOC

与电流轴交点称为短路电流ISC。用作探测器时，通常以电流源形式使用。第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件

开路电压输出：非线性(电压---光强)，灵敏度高短路电流输出：线性好(电流---光强)，灵敏度低开关测量（开路电压输出）线性检测（短路电流输出）第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件型号开路电压(mV)短路电流(mA)转换效率(%)面积(mm2)2CR11450～6002～4≥62.5×52CR33550～60012～1510~125×10要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻RL；第3章光电检测器件二、光生伏特器件负载RL的增大线性范围也越来越小。因此，在要求输出电流与光照度成线性关系时，负载电阻在条件许可的情况下越小越好，并限制在适当的光照范围内使用。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

目前，商业化太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池（单晶硅和多晶硅，电池主要部分易碎,易产生隐形裂纹,大多有一层钢化玻璃作为防护,造成重量大,携带不便,抗震能力差）、薄膜太阳能电池(最高光电转换效率一般<=10%)和半导体化合物太阳能电池（以砷化镓太阳能电池为主，砷化镓聚光电池国际产品转换效率39%，国内35-39%，空间用三结最高转换效率达27-29%）三大类。

晶体硅太阳能电池全球市场份额90%左右，预计2020年仍占50%以上，薄膜太阳能光电池20%左右，砷化镓太阳能光电池进一步加速取代空间飞行器等高端电源市场，随着聚光技术水平的提高，将在地面用太阳能电池市场中占有更多市场份额。2018年太阳能电池行业分析报告。知识点视频：以“光电池”为例看光生伏特器件的自偏置电路。第3章光电检测器件二、光生伏特器件3、光敏晶体管两种基本结构：NPN结构PNP结构用N型硅材料为衬底制作的光敏晶体管为NPN结构，称为3DU型；用P型硅材料为衬底制作的光敏晶体管为PNP结构，称为3CU型。第3章光电检测器件二、光生伏特器件工作原理a）原理结构b）电路符号c）工作原理3DU型硅光敏晶体管集电结发射结光电转换：集电结光的放大：发射结第3章光电检测器件二、光生伏特器件a）光敏二极管-三极管集成器件b）光敏晶体管-三极管集成器件c）达林顿光敏晶体管集成光电器件第3章光电检测器件二、光生伏特器件伏安特性光敏晶体管伏安特性曲线光敏晶体管在偏置电压为零时，无论光照度有多强，集电极电流都为零。必须在一定的偏置电压作用下才能工作。偏置电压要保证光敏晶体管的发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。应使光敏晶体管工作在偏置电压大于5V的线性区域。第3章光电检测器件二、光生伏特器件温度特性光敏二极管、光敏晶体管温度特性曲线光敏晶体管暗电流Id和亮电流IL随温度的变化要比光敏二极管快。由于暗电流的增加，使输出的信噪比变差，不利于弱光信号的检测。在进行弱光信号的检测时应考虑温度对光电器件输出的影响，必要时应采取恒温或温度补偿的措施。第3章光电检测器件二、光生伏特器件时间响应（频率特性）光敏晶体管时间响应与集电流的关系曲线一方面在工艺上设法减小结电容Cbe、Cce；另一方面要合理选择负载电阻RL，尤其在高频应用的情况下应尽量降低负载电阻RL。增大输出电流可以减小时间响应，提高光敏晶体管的频率响应。第3章光电检测器件二、光生伏特器件光谱响应光敏晶体管的光谱特性曲线对于光敏二极管，减薄PN结的厚度可以使短波段波长的光谱响应得到提高，因为PN结的厚度变薄后，长波段的辐射光谱很容易穿透PN结，而没有被吸收。短波段的光谱容易被减薄的PN结吸收。因此，利用PN结的这个特性可以制造出具有不同光谱响应的光生伏特器件。比较光敏电阻、光敏二极管、光电池、光敏晶体管在工作原理、结构、性能、应用各方面的差异。思考练习：比较光敏电阻、光敏二极管、光电池、光敏晶体管在性能上有什么差异？（如伏安特性、光照特性、温度特性、使用场合等）第3章光电检测器件二、光生伏特器件4、色敏光生伏特器件利用不同结深PN结光敏二极管对不同波长光谱灵敏度的差别，实现对彩色光源或物体颜色的测量。PN结深，对长波光谱辐射的吸收增加，长波光谱的响应增加，而PN结浅对短波长的响应较好。

a)结构示意图b)等效电路图3-27双结光敏二级管色敏器件图3-28双结光敏二极管的光谱响应第3章光电检测器件二、光生伏特器件双结光敏二极管只能通过测量单色光的光谱辐射功率与黑体辐射相接近的光源色温来确定颜色。用双结光敏二极管测量颜色时，通常测量两个光敏二极管的短路电流比（Isc2/Isc1）与入射波长的关系。

短路电流比与入射波长的关系

非晶态硅集成全色色敏传感器的结构示意图第3章光电检测器件二、光生伏特器件

典型硅集成三色色敏器件的颜色识别电路框图从标准光源发出的光，经被测物反射，投射到色敏器件后，R、G、B三个光敏二极管输出不同的光电流，经运算放大器放大、A/D转换，将变换后的数字信号输入到微处理器中。微处理器进行颜色识别与判别，并在软件的支持下，在显示器上显示出被测物的颜色。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

5、光生伏特器件组合件光生伏特器件组合件是在一块硅片上制造出按一定方式排列的具有相同光电特性的光生伏特器件阵列。具有光敏点密集，结构紧凑，光电特性一致性好，调节方便等优点，而且它独特的结构设计可以完成分立元件所无法完成的检测工作。它广泛应用于光电跟踪、光电准直、图像识别和光电编码等方面。

主要有硅光敏二极管组合件、硅光敏晶体管组合件和硅光电池组合件。它们分别排列成象限式、阵列式、楔环式和按指定编码规则组成的阵列方式。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

象限阵列式组合件a）二象限器件b）四象限器件c）八象限器件象限阵列光生伏特器件组合件示意图a）光斑中心位置示意图b）二象限检测电路光斑中心位置的二象限检测电路一维两象限二维四象限第3章光电检测器件二、光生伏特器件激光器发出的光，经扩束望远镜获得光束直径为10mm左右的激光光束，这条激光束作为准直测量的基准，由四象限光电池做成的光靶放在被准直的工件上。

激光束照射到四象限光电池上时，4块电池分别产生电压（图b）。若光靶垂直于光轴且与光轴中心重合，则四个电压相等，若有偏离，则可由输出电压的差值（结合和差点路和直差电路）得出上下左右的偏离情况。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

和差电路四象限组合器件的和差检测电路u1、u2、u3、u4分别为四个象限输出的信号电压经放大器放大后的电压值；为了消除光斑自身总能量的变化对测量结果的影响，常采用和差比幅电路，即除法电路。ux、uy分别表示光斑在x方向和y方向偏离四象限组合器件中心（O点）的情况。当四象限组合器件的坐标线与基准线成0°时，常采用。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

直差电路四象限组合器件的直差电路当四象限组合器件的坐标线与基准线成时，常采用。电路简单，但是灵敏度和线性等特性相对较差。第3章光电检测器件二、光生伏特器件由于器件本身有明显缺陷，所以测量精度受到一定限制：光刻分割区将产生盲区，盲区会使微小光斑的测量受到限制。若被测光斑全部落入某一个象限光敏区，输出信号将无法测出光斑的精确位置，因此它的测量范围受到限制。测量精度与光源的光强及其漂移密切相关，测量精度的稳定性受到限制。第3章光电检测器件二、光生伏特器件线阵列式组合件a）b）c）

光敏二极管线阵列光生伏特器件组合件N级为硅片的衬底，P为光敏面，N为公共的负极，阳极输出信号N级接电源的正极，阳极通过负载电阻接地第3章光电检测器件二、光生伏特器件光敏晶体管线阵列器件线阵列光生伏特器件组合件是一种能够进行并行传输的光电传感器件，在精度要求和灵敏度要求并不太高的多通道检测装置、光电编码器和光电读出装置中得到广泛的应用。但是，线阵CCD传感器的出现使这种器件的应用受到很大的冲击。没有公共的电极，应用时可以更灵活地设置。光敏二极管阵列检测外形尺寸

线阵列等效电路工作波形图若有效距离为L，所计一行的脉冲数为N，则每一脉冲的当量即量化单位为：影像尺寸为：第3章光电检测器件二、光生伏特器件4个电刷4位二进制码盘+5V输入公共码道

最小分辨角度为22.5°（α=360°/2n）第3章光电检测器件二、光生伏特器件光敏二极管阵列检测转动角度

第3章光电检测器件二、光生伏特器件

楔环阵列式组合件（略）楔环探测器环形区探测器用来检测功率在半径方向的分布。楔形光电器件可以用来检测光的功率谱在角度方向的分布。楔环探测器可以将被测光功率谱的能量密度分布以极坐标的方式表示。广泛应用于面粉粒度分析、癌细胞早期识别与疑难疾病的诊断技术中。N型硅衬底上制造出多个P型区，由环形和楔形两种图形。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

6、光电位置敏感器件（PSD）PSD器件结构示意图

基于光生伏特器件的横向效应的器件。它对光斑的形状无严格的要求，即它的输出信号与光斑是否聚焦无关；光敏面也无需分割，消除了象限探测器件盲区的影响；它可以连续测量光斑在光电位置敏感器件上的位置，且位置分辨率高，一维的PSD器件的位置分辨率可高达0.2μm。第3章光电检测器件二、光生伏特器件一维PSD器件一维PSD位置检测电路原理图第3章光电检测器件二、光生伏特器件二维PSD器件

a)b)二维PSD的结构图与等效电路光斑距离中心点越远，测量误差也就越大。第3章光电检测器件二、光生伏特器件改进的二维PSD器件

a）结构示意图 b）等效电路

改进后的PSD器件的光敏面（增加四个相邻的级间电阻）注意：使用PSD检测光斑位置时，尽量使光点位置靠近器件中心。第3章光电检测器件二、光生伏特器件

二维PSD光点位置检测电路原理图当光斑落到二维PSD器件上时，光斑中心位置的坐标可由PSD检测电路进行各分支电流的加、减和除运算计算出光点的位置坐标，将位置信息经过A/D转换和数据采集送入到计算机，从而在计算机软件的配合下完成光点位置的检测工作。像点轴外偏移检测的像偏移法像偏移法测距原理图测量原理图基于PSD的位移测量系统第3章光电检测器件二、光生伏特器件1、半导体激光器2、驱动电路3、聚光透镜4、成像透镜5、滤光片6、PSD7、前置放大器8、模拟开关9、取样放大器10、A/D转换器11、微型计算机由此得出像点的横向偏移量注：同样的方法找到B入射光点距中心的位置。

测量原理图基于PSD的位移测量系统第3章光电检测器件二、光生伏特器件

半导体激光器发出的光经过聚光透镜透射到被测面上，反射后被散射的光由聚光镜接收，经过滤光片后成像在PSD上，产生的信号电流进入信号处理装置，先放大，再经多路模拟开关，取样放大后进行AD转换，最后将代表光点位置信息的数字信号输入微型计算机进行处理，通过起始点A和位移后点B的像的距离，得出被测量之间的位移量。第3章光电检测器件三、光电发射器件

基于外光电效应做成的器件，如：真空光敏二极管、光电倍增管、变像管、像增强器和真空电子束摄像管等。在许多应用领域，真空光电发射器件已被性价比更高的半导体光电器件所占领。

但由于真空光电发射器件具有极高的灵敏度、快速响应等特点，它在微弱辐射的探测和快速弱辐射脉冲信息的捕捉等方面应用很多，如在天文观测快速运动的星体或飞行物，材料工程、生物医学工程和地质地理分析等领域的应用。第3章光电检测器件三、光电发射器件

1、光电倍增管由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。光子入射经过光入射窗到达光电阴极，产生电子发射，电子在电场和电子光学系统的作用下加速运动到第一倍增级，倍增的电子在电场作用下高速运动到第二倍增级，依此类推，N次倍增后被阳极收集。光电倍增管工作原理示意图窗口材料：石英玻璃、普通玻璃等窗口材料会影响光谱响应的短波限，尤其是紫外波段的光谱响应影响更大。如石英玻璃比普通玻璃的宽。光电发射材料：要求吸收系数大、体内传输能损小，逸出深度大，逸出功小，表面势垒低，逸出几率大。银氧铯AgOCs、单碱锑化物（锑铯CsSb等）、多碱光电阴极（锑钾钠、锑钾钠铯Na2KSb(Cs)等），碲化铯Cs2Te、负电子亲和势（表面势垒低于导带底的光阴极）GaAs:Cs-O等倍增级材料：将电子增大

倍，

为二次电极发射系数。锑ti铯CsSb、氧化的银镁合金AgMgO[Cs]、铜铍pí合金BeCu、负电子亲和势材料GaP:Se等受电压、电流及温度影响。第3章光电检测器件三、光电发射器件

第3章光电检测器件三、光电发射器件

端窗式和侧窗式端窗式：百叶窗倍增极结构、盒栅倍增极结构、瓦片静电聚焦结构；侧窗式：圆形鼠笼结构光电倍增管(R928)光电倍增管BB49-CR162第3章光电检测器件三、光电发射器件

聚焦型与非聚焦型聚焦型：瓦片静电聚焦结构、圆形鼠笼结构；非聚焦型：百叶窗倍增极结构、盒栅倍增极结构。a）百叶窗倍增极结构b）盒栅倍增极结构c）瓦片静电聚焦结构d）圆形鼠笼式结构

基本特性--灵敏度阴极灵敏度：阴极积分灵敏度：阳极灵敏度：阳极积分灵敏度：第3章光电检测器件三、光电发射器件

基本特性—电流放大倍数（增益）理想情况：实际情况：锑化铯：氧化的银镁合金：第3章光电检测器件三、光电发射器件受倍增及的收集系数影响

第3章光电检测器件三、光电发射器件光电倍增管的增益特性用什么参数表征？与哪些因素有关？若每级倍增率为4，倍增级为10，则放大倍数为多少？练习：现有GDB-423型光电倍增管的最小阴极有效面积,S为10.18cm2，阴极灵敏度Sk为100μA/lm，倍增系统的放大倍数为106，阳极额定电流为0.1mA，求允许的最大光照？

基本特性—暗电流光电倍增管的暗电流值在正常应用的情况下很小，一般为10-16~10-10A，是所有光电探测器件中暗电流最低的器件。

但是，影响光电倍增管暗电流的因素很多，注意不到会造成暗电流的增大，甚至于无法使光电倍增管正常工作，影响光电倍增管暗电流的主要因素有：1）欧姆漏电2）热发射3）残余气体放电4）场致发射5）玻璃壳放电和玻璃荧光通常比较稳定，对噪声贡献小。制冷降温可减少该暗电流。适当降低工作电压可减少该暗电流通常比较稳定负高压时增加屏蔽壳和玻璃壁管距离随着极间电压的升高，暗电流将增大，极间电压高至100V，热电子发射急剧增大；电压再继续升高就将发生气体放电、场致发射，以至于玻璃壳放电或玻璃荧光等，使暗电流急剧增加，存在使倍增管产生自持放电而损坏倍增管的危险。当然，电源电压的增高使倍增管的增益增高，信号电流也随之增大，对弱信号的检测非常有利。但是，不能过分地追求高增益而使光电倍增管的极间电压或电源电压过高。否则，将损坏光电倍增管。第3章光电检测器件三、光电发射器件

基本特性—噪声主要由散粒噪声和负载电阻的热噪声组成。热噪声：散粒噪声：总噪声：在设计光电倍增管电路时，总是力图使负载电阻的热噪声远小于散粒噪声，即：第3章光电检测器件三、光电发射器件基本特性—伏安特性

阴极伏安特性曲线

阳极伏安特性曲线当阳极电压增大到一定程度后，被增大的电子流已经能够完全被阳极所收集，阳极电流Ia与入射到阴极面上的光通量Φ呈线性关系，而与阳极电压的变化无关。因此，可以把光电倍增管的输出特性等效为恒流源处理。第3章光电检测器件三、光电发射器件

基本特性—线性

光电倍增管的线性一般用它的阳极伏安特性表示，它是光电测量系统中的一个重要指标。造成非线性的原因：①内因，即空间电荷、光电阴极的电阻率、聚焦或收集效率等的变化；②外因，光电倍增管输出信号电流在负载电阻上的压降，对末级倍增极电压产生的负反馈和电压的再分配等。

在较强辐射作用下倍增管灵敏度下降的现象称为疲劳。这是暂时的现象，待管子避光存放一段时间后，灵敏度将会部分或全部恢复过来。当然，过度的疲劳也可能造成永久损坏。电流保护是有必要的。光电倍增管在正常使用的情况下，随着工作时间的积累，灵敏度也会逐渐下降，且不能恢复，将这种现象称为衰老。这是真空器件特有的正常现象。基本特性—疲劳与衰老第3章光电检测器件三、光电发射器件

供电电路—分压器电阻

第3章光电检测器件三、光电发射器件光电倍增管的电阻分压式供电电路原理图注：当流过分压电阻的电流IR>>Ia时，流过各分压电阻Ri的电流近似相等。常选取总电阻计算各分压电阻

供电电路—末级的并联电容

第3章光电检测器件三、光电发射器件当入射辐射信号为高速迅变信号或脉冲时，末3级倍增极电流变化会引起UDD的较大变化，引起光电倍增管的增益起伏，将破坏信息的变换。

为此，在末3级并联3个电容C1、C2与C3，通过电容的充放电过程使末3级电压稳定。

供电电路—电源电压稳定度锑化铯：电流增益稳定度：银镁合金：输出信号的稳定度：第3章光电检测器件三、光电发射器件例题：第三章光电检测器件第三章光电检测器件第三章光电检测器件如图所示为一直流电桥电路，图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，若R1增量为1.2Ω，其他电阻阻值不变，则此时电桥的输出电压为多少？思考：几种温标的对比正常体温为37

C

，相当于华氏温度多少°F？热力学温度为多少°K？华氏度=32+摄氏度×1.8摄氏度=(华氏度-32)÷1.8热力学温度=摄氏度+273.15目前常用的接触式测温仪表有

，非接触式测温仪表有

。A膨胀式温度计B热电阻温度计C热电偶温度计D辐射式温度计ABCD

基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。第3章光电检测器件四、热辐射探测器件思考：基于热效应和基于光电效应制成的器件之间的区别。1、热敏电阻吸收入射辐射后引起温升而使电阻值改变，导致负载电阻两端电压的变化，并给出电信号的器件，叫做热敏电阻。相对于一般的金属电阻，热敏电阻有如下特点：温度系数大，一般为金属电阻的10~100倍，灵敏度高。结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量。阻值与温度的变化关系呈非线性。不足之处是稳定性和互换性较差。

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件原理、结构热敏电阻探测器的结构示意图

a）圆形片b）薄膜形c）柱形

d）管形e）平板形f）珠形g）扁形h）垫圆形i）杆形几种常用的热敏电阻的外形图a）热敏电阻器结构图b）热敏电阻器电路符号

热敏电阻器结构图与电路符号MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻外形第3章光电检测器件四、热辐射探测器件

玻璃封装NTC热敏电阻MF58型热敏电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件

贴片式NTC热敏电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻MF5A-3型热敏电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件带安装孔的热敏电阻大功率PTC热敏电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件非标热敏电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件非标热敏电阻（续）

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件薄膜型及普通型铂热电阻

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件金属热电阻防爆型铂热电阻

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件金属热电阻

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件参数—电阻温度特性正温度系数：PTC负温度系数：NTC注：除了PTC、NTC以外，还有CTR突变型，温度到达某一个临界点时，电阻突然下降。

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件参数—热敏电阻的输出特性图中：假定：在热敏电阻上加上偏压Ubb，由于辐射照射使热敏电阻值改变，引起电压增量为：热敏电阻电路

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件参数—热阻和冷阻热敏电阻在某个温度下的电阻值，常被称为冷阻。如果功率为的辐射入射到热敏电阻上，设其吸收系数为，则热敏电阻的热阻定义为吸收单位辐射功率所引起的温升，即：由电阻和电容计算得到的热敏电阻的时间常数约为1~10,因此，使用频率上限约为20~200kHz。

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件参数—灵敏度（响应率）直流灵敏度：交流灵敏度：提高灵敏度需采取的措施：1）适当增加偏压。2）把热敏电阻的接收面涂黑，以提高吸收效率。3）增大热阻。但随着热阻的增大，响应时间也增大。为了减小响应时间，通常把热敏电阻贴在具有高热导的衬底上。4）选用温度系数大的材料。还可使元件冷却工作。

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件参数—最小可探测功率热敏电阻的最小可探测功率受噪声的影响。热敏电阻的噪声主要有1）热噪声热敏电阻的热噪声与光敏电阻相似。2）温度噪声因为环境温度起伏而造成元件温度起伏所产生的噪声称为温度噪声。将元件装入真空壳内可降低这种噪声。3）电流噪声与光敏电阻的电流噪声类似，当工作频率<10kHz时，此噪声完全可忽略不计。根据以上这些噪声，热敏电阻可探测的最小功率约为10-8~10-9W。热敏电阻用于电热水器的温度控制

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件汽车用水温传感器及水温表

铜热电阻第3章光电检测器件四、热辐射探测器件金属热电阻热敏电阻温度面板表

热敏电阻

LCD第3章光电检测器件四、热辐射探测器件热敏电阻体温表

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件热敏电阻用于CPU的温度测量

第3章光电检测器件四、热辐射探测器件热敏电阻的种类？A.PTCB.NTCC.CTRD.ZTC半导体热敏电阻的主要用途是温度测量、温度控制、温度补偿。ABC

2、热电偶第3章光电检测器件四、热辐射探测器件工作原理演示

结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB

第