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长沙理工大学:《光电子学》课程教学资源(课件讲稿)第七章 光电转换器件

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7.1 光电导探测器 7.2 光电池 7.3 光电二极管 7.4 光电倍增管 7.5 电荷耦合器件
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第七章 光电转换器件 7.1光电导探测器 7.2光电池 7.3光电二极管 7.4光电倍增管 7.5电荷耦合器件 y

1 第七章 光电转换器件 7.1 光电导探测器 7.2 光电池 7.3 光电二极管 7.4 光电倍增管 7.5 电荷耦合器件

第七章光电转换器件 光子效应分类 效应 相应的探测器 光电子发射 光电管 外光电效应 光电子倍增 光电倍增管、像增强管 光电导 光敏电阻、光导管 PN结零偏 光电池 内光电效应 PN结反偏 光电二极管 光生伏特 雪崩 雪崩光电二极管 肖特基势垒 肖特基势垒光电二极管 2

2 第七章 光电转换器件 效应 相应的探测器 光电子发射 光电管 光电子倍增 光电倍增管、像增强管 光电导 光敏电阻、光导管 PN结零偏 光电池 PN结反偏 光电二极管 雪崩 雪崩光电二极管 肖特基势垒 肖特基势垒光电二极管 光生伏特 内光电效应 外光电效应 光子效应分类

第七章光电转换器件 光热效应分类 效应 相应的探测器 测辐射热计效应 热敏电阻、金属测辐射热计、 超导远红外探测器 温差电效应 热电偶、热电堆 热释电效应 热释电探测器 3

3 第七章 光电转换器件 效应 相应的探测器 测辐射热计效应 热敏电阻、金属测辐射热计、 超导远红外探测器 温差电效应 热电偶、热电堆 热释电效应 热释电探测器 光热效应分类

7-1光电导探测器 一 光电导器件工作特性 1.响应度(灵敏度) 2.光谱特性 电流响应度: R= um) 峰值响应波长: 1.24 V 电压响应度: Ry= (V/W) m(m)= Eg(ev) PbS 0.4 CdSe 0.2 0 九(m) 0.4 0.8 1.21.62.02.4 三种光敏电阻的光谱响应特性 4

4 一 光电导器件工作特性 1.响应度(灵敏度) 7 -1 光电导探测器 电流响应度: 电压响应度: WA )( P I R I = WV )( P V R V = 2.光谱特性 峰值响应波长: )( 24.1 )( eVE m g m μλ = 三种光敏电阻的光谱响应特性 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 CdSe CdS PbS R λ μm)(

光电导器件工作特性 3. 照度特性 I (mA) I=KVaE'(非线性) 5 4 低偏压、弱光照条件下近似: 3 I=KVE 2 E(×102x 051015 2025 CdS光敏电阻的光照特性曲线 5

5 一 光电导器件工作特性 3. 照度特性 γα = EKVI (非线性 ) 低偏压、弱光照条件下近似: = KVEI 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 E(×10 2lx) I (mA) CdS光敏电阻的光照特性曲线

光电导器件工作特性 4. 响应速度 5.温度效应 调制频率升高,响应度下降 温度升高时产生的影响: 及 (1+o2x2)2 >热噪声变大 >灵敏度降低 截止频率:R,=0.707R0→⊙ >峰值响应波长向短波长方向移动 >响应时间下降 100 响应 % 光电导的驰豫 6

6 一 光电导器件工作特性 4. 响应速度 相 对 响 应 (%) 100 63 37 t r t d t τ 调制频率升高,响应度下降 光电导的驰豫 2 1 22 0 + τω )1( = v v R R 截止频率: v = 707.0 RR v 0 ⇒ ω 温度升高时产生的影响: ¾ 热噪声变大 ¾ 灵敏度降低 ¾ 峰值响应波长向短波长方向移动 ¾ 响应时间下降 5. 温度效应

光电导器件工作特性 6.噪声特性 7.基本工作电路 暗电阻:在室温和全暗条件下测得 1/p噪声 的稳定电阻值称为暗电阻,或暗阻。 此时流过的电流称为暗电流。 热噪声 g-r噪声 亮电阻:在一定光照条件下测得的 1k 1M 稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。 此时流过的电流称为亮电流。 典型光电导探测器的噪声功率谱 7

7 一 光电导器件工作特性 6. 噪声特性 1k 1M v(Hz) 2 N I 1/v 噪声 g-r噪声 热噪声 典型光电导探测器的噪声功率谱 7.基本工作电路 暗电阻:在室温和全暗条件下测得 的稳定电阻值称为暗电阻,或暗阻。 此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻:在一定光照条件下测得的 稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。 此时流过的电流称为亮电流

光电导器件工作特性 7.基本工作电路 (1)低频条件下的负载匹配问题 Vo i+△i= Vo Ri+Ra R+Ra+ARa V△Ra VAR △i= (R,+R+△R)(R,+R) (R+R)2 光电导探测器工作电路 △V、=△iR,= VAR R (R1+R)2 使Vs有最大值时的负载电阻:(△V,)R,=0→R。=R(最佳匹配条件) 8

8 一 光电导器件工作特性 7.基本工作电路 (1)低频条件下的负载匹配问题 C R L R d V 0 V S 光电导探测器工作电路 RR dL V i + = 0 dL RRR d V ii Δ++ =Δ+ 0 2 0 ( ))( )( dL d dL dLd d RR RV RRRRR RV i + Δ −≈ +Δ++ Δ −=Δ 2 )( dL Ld s L RR RRV iRV + Δ −=Δ=Δ 使Vs有最大值时的负载电阻: V Rs RR Ld L Δ ′ = 0)( ⇒ = (最佳匹配条件)

光电导器件工作特性 7.基本工作电路 (2)偏压选择问题 负载电阻热损耗功率: 0 R≤Pmax(最大耗散功率) R+Ra 光电导探测器工作电路 Rd =RL. ≤(4R,Pnx)为 9

9 一 光电导器件工作特性 7.基本工作电路 (2)偏压选择问题 C R L R d V 0 V S 光电导探测器工作电路 负载电阻热损耗功率: ( ) max 2 0 PR 最大耗散功率 RR V d dL ⎥ ≤ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = RR Ld 2 1 0 max PRV )4( ≤ d

二几种典型的光敏电阻 薄膜 电极 光电导体 Zmm 衬底 新符号旧符号 R 光敏电阻原理图及符号 特点:在光照下会改变 自身的电阻率。光照越强, 电阻越小,又称光导管。 10

10 二 几种典型的光敏电阻 特点:在光照下会改变 自身的电阻率。光照越强, 电阻越小,又称光导管。 薄膜 V R L 光电导体 电极 衬底 光敏电阻原理图及符号 新符号 旧符号

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