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1、光敏器件光敏器件的工作原理光敏探测及其应用光敏探测的发展前景第1页/共33页常见的光敏元件有：光敏电阻、光电二极管、光电三极管光敏器件是指能将光信号转变为电信号的元件。第一部分 光敏器件第2页/共33页一、光敏电阻 光敏电阻常用的碳膜电阻和金属膜电阻，受到光照射后阻值不会发生变化 而光敏电阻的阻值对光的变化则非常敏感，原因在于光敏电阻的材料和结构光敏电阻的材料和结构第3页/共33页光敏电阻的材料和结构光敏电阻的材料和结构光敏电阻是在陶瓷基片上沉积一层光敏半导体，再接上两根引线做电极制成的。它的外壳上有玻璃窗口或透镜使光线能够入射到光敏半导体薄层上，随着入射光的增强或减弱，半导体的特征激发强度也
2、不一样，使半导体内部的载流子数量发生变化，从而使光敏电阻的阻值跟着改变。第4页/共33页常见光敏电阻：紫外光敏电阻器、可见光敏常见光敏电阻：紫外光敏电阻器、可见光敏电阻器、红外光敏电阻器等电阻器、红外光敏电阻器等光敏电阻的型号命名及含义光敏电阻的型号命名及含义它们对应的波长不同，使用时不能混淆。它们对应的波长不同，使用时不能混淆。第5页/共33页第6页/共33页光敏电阻的主要参数：光敏电阻的主要参数：1)暗电阻(RD)：光敏电阻器在无光照射时的电阻值。2)亮电阻(RL)：光敏电阻器在受到光照射时所具有 的阻值称为亮电阻。3)峰值波长：光敏特性响应最佳时所对应的波长。第7页/共33页二、光电二极
3、管光电二极管光电二极管是由一是由一PN结构成的，把光信号转换为电结构成的，把光信号转换为电信号的一种光电转换器件。信号的一种光电转换器件。它一般不用作电路整流。它一般不用作电路整流。第8页/共33页光电二极管的两管脚有正、负极之分，靠近管键和色点的是正极，另一管脚为负极；较长的一脚为正极，较短的一脚为负极。光电二极管是在反向电压下工作的。在黑暗状态下，由于本征激发微弱，反向电流(此时电流称为暗电流)很小；当有光照时，随着本征激发的增强，少数载流子浓度增加，使得反向电流迅速增大到几十微安，此时的电流称为光电流。光照的强弱变化引起了光电二极管光电流大小的变化，这样就可以很容易地实现光电信号的转换。
4、在入射光照强度一定时，光电二极管的反向电流为恒值，与所加反向电压大小基本无关。第9页/共33页光电二极管的检测方法：光电二极管的检测方法：(1)如图1，用万用表Rl00或Rlk挡，与测普通二极管一样，其正向电阻应为10k左右。(2)对掉两表笔，使光电二极管工作在反向状态用一物体遮住光电二极管的透明窗口，测得的电阻值应接近无穷大。(3)如图2，去掉遮光物，表笔指针应向右偏转至几千欧处，光线越强电阻值越校若测得的正反向电阻都是无穷大或零，说明管子已损坏。第10页/共33页三、光电三极管管脚排列管脚排列如图，靠近色点标志的如图，靠近色点标志的是发射极，较远的是集电极，引是发射极，较远的是集电极，引线
5、较长的是基极。线较长的是基极。第11页/共33页光电三极管光电三极管为为NPN结构，基极即为光射窗口，因此大多数结构，基极即为光射窗口，因此大多数光电三极管只有集电极和发射极两个管脚，也有基极有引光电三极管只有集电极和发射极两个管脚，也有基极有引出脚的，作为温度补偿用，不用时剪去。出脚的，作为温度补偿用，不用时剪去。实际应用光电三极管作为接收器件实际应用光电三极管作为接收器件时，为提高接收灵敏度，可给它一时，为提高接收灵敏度，可给它一个适当的偏置电流即施加一个附加个适当的偏置电流即施加一个附加光照，使其进入浅放大区。实际安光照，使其进入浅放大区。实际安装时发光二极管不要挡住三极管的装时发光二极
6、管不要挡住三极管的受光面，以免影响遥控信号的接收。受光面，以免影响遥控信号的接收。采用这种办法可以非常有效地提高采用这种办法可以非常有效地提高接收灵敏度，增大遥控距离。接收灵敏度，增大遥控距离。光电二极管能实现光电转换，但灵敏度低，光电二极管能实现光电转换，但灵敏度低，使用光电三极管使用光电三极管就大大提高了光电转换的灵敏度就大大提高了光电转换的灵敏度。第12页/共33页光电三极管的检测光电三极管的检测如图所示：如图所示：(1)用遮光物遮住光电三极管的窗口，没有光照，用遮光物遮住光电三极管的窗口，没有光照，光电三极管没有电流，测得的阻值应为无穷大。光电三极管没有电流，测得的阻值应为无穷大。(2
7、)去掉遮光物，使光电三极管的窗口朝向光源，去掉遮光物，使光电三极管的窗口朝向光源，三极管导通，万用表的指针向右偏转至三极管导通，万用表的指针向右偏转至1k左右，左右，指针偏转角的大小反映了管子的灵敏度。指针偏转角的大小反映了管子的灵敏度。第13页/共33页第二部分 半导体器件的工作原理1.光敏电阻的工作原理2.光敏二极管的工作原理3.光敏三极管的工作原理第14页/共33页光敏电阻光敏电阻是采用半导体材料制作，内光电效应是采用半导体材料制作，内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值变工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值变小，这种现象称为光导效应，所以光敏电阻又小，这种现象称为光导效应，
8、所以光敏电阻又称称光导管光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属用于制造光敏电阻的材料主要是金属 的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。第15页/共33页光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏
9、度。壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在光敏电阻两端的金属电极加上电在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。也加交流电压。第16页/共33页光电转换过程在黑暗环境里，它的电阻值很高当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的
10、空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。第17页/共33页如图所示，是光敏电阻应用的基本电路如图所示，是光敏电阻应用的基本电路电路中的光敏电阻受到光照射时，电流相当强，用电器正常工作.而当光敏电阻不受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停地工作。第18页/共33页 光敏二极管在电路中处于反向工作。在没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小，只有很微弱的暗电流。当有光照时，光子打在pn结附近，于是在pn结附近产生电子-空穴对，在pn结内部电场作
11、用下作定向运动，形成光电流。光照越强，光电流越大大。光敏二极管的工作原理光敏二极管的工作原理第19页/共33页光敏二极管的应用电路实例光敏二极管的应用电路实例用光敏二极管构成的路灯自动控制电路用光敏二极管构成的路灯自动控制电路工作原理：工作原理：白天受光照时，光敏二极管反向电阻减小，足以使复合白天受光照时，光敏二极管反向电阻减小，足以使复合管（、）饱和导通的电流注入复合管基极，管（、）饱和导通的电流注入复合管基极，于是、饱和导通于是、饱和导通继电器得电继电器得电常闭触头被常闭触头被吸下吸下路灯供电回路被切断路灯供电回路被切断灯泡熄灭。灯泡熄灭。天黑时，因光照很小天黑时，因光照很小光敏二极管反向
12、电阻大增光敏二极管反向电阻大增、退出饱和而截止、退出饱和而截止失电失电常闭触头复位常闭触头复位电灯供电回路接通电灯供电回路接通路灯点亮。路灯点亮。第20页/共33页光敏三极管的工作原理光敏三极管的工作原理 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的的PN结作为感光面，一般用集电结作为受结作为感光面，一般用集电结作为受光结。光结。因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。间接有光敏二极管的普通二极管。第
13、21页/共33页第22页/共33页第三部分 光敏探测及其应用 光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。整个靶面由约10万个单独探测器组成。第23页/共33页光敏探测的应用举例1光控大门装置 第24页/共33页如左图所示，为其电路如左图所示，为其电路原理图。原理图。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动大门打
14、开。第25页/共33页光敏探测的应用举例2天明报知装置 把装置装在卧室内，把装置装在卧室内，早晨天明时，蜂鸣器就会早晨天明时，蜂鸣器就会自动发声唤醒。自动发声唤醒。第26页/共33页如左图所示，为其电路如左图所示，为其电路原理图。原理图。蜂鸣器内装有发声电路，外边有两极引线，一根负极，一根正极。使用时正极接电池正极，负极接电池负极。早晨天明时，由黑暗到光照，光敏电阻阻值变小，使电磁继电器通电工作，从而使蜂鸣器所在电路接通，当有电流通过时，蜂鸣器发出悦耳的蜂鸣声。第27页/共33页第四部分 光敏探测的发展前景随着半导体技术的迅速发展，各种类型的光电探测器，如电荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏阵列
15、探测器等应运而生，取得了重大进展。第28页/共33页进入进入9090年代，光电探测器的发展方向除了开发高速年代，光电探测器的发展方向除了开发高速响应光电探测器外，其重点是开发焦平面阵列为代响应光电探测器外，其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日臻完善，使红外探测技术进入了第二代。臻完善，使红外探测技术进入了第二代。当前，降低成本是红外探测器在当前，降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。民用领域得到广泛应用的关键。第29页/共33页21世纪，红外焦平面阵列开发方向，一是在现有基础上提高分辨率，二是开发多功能和智能化焦平面阵列。第30页/共33页第31页/共33页结束，谢谢大家！第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页