第04章_光伏探测器

1、光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelectric Science and Engineering 第第0404章章 光伏探测器光伏探测器 利用半导体光伏效应制作的器件称为利用半导体光伏效应制作的器件称为光伏探光伏探 测器测器，简称，简称PV（Photovoltaic）探测器，也）探测器，也 称称结型结型光电器件。光电器件。 PNPN结受到光照时，可在结受到光照时，可在PNPN结的两端产生光生结的两端产生光生 电势差，这种现象则称为电势差，这种现象则称为光伏效应光伏效应。 光伏效应：光伏效应： 光伏探测器：光伏探测器： 光伏器件光伏器件 简称简称PV（Photo

2、voltaic） 单元器件 线阵器件 四象限器件 光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelectric Science and Engineering 第第0404章章 光伏探测器光伏探测器 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.3 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 2. 开路电压开路电压Uoc

3、和短路电流和短路电流Isc 3暗电流和温度特性暗电流和温度特性 4噪声、信噪比和噪声等效功率噪声、信噪比和噪声等效功率 5. 光谱特性光谱特性 6. 响应时间和频率特性响应时间和频率特性 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 电流方程电流方程 / 0p 1 e Uk T IIeI 伏安特性伏安特性 伏安特性伏安特性 第一象限：普通二极管第一象限：普通二极管 光电探测器光电探测器 这个区域没有意义！这个区域没有意义！ 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 伏安特性伏安特性 第

4、三象限：第三象限：光电导模式光电导模式 光电二极管光电二极管 这个区域重要意义！这个区域重要意义！ 反向偏压可以减小反向偏压可以减小 载流子的渡越时间载流子的渡越时间 和二极管的极间电和二极管的极间电 容，有利于提高器容，有利于提高器 件的件的响应灵敏度响应灵敏度和和 响应频率响应频率。 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 第四象限：第四象限：光伏模式光伏模式 光电池光电池 工作区域工作区域 伏安特性伏安特性 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 伏安特性伏安特性 光电二极管光电二极管 光电池光电池 普通二极管普通二极管 1. 光照

5、下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 等效电路等效电路 （意义：分析与计算）（意义：分析与计算） 1. 光照下的光照下的PN结电流方程及伏安特性结电流方程及伏安特性 / 0p 1 e Uk T IIeI 电流源电流源普通二极管普通二极管 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 2. 开路电压开路电压Uoc和短路电流和短路电流Isc p / 0 1IeII kTqU 负载电阻RL，光伏探测器两端的电压称为开路电压 ocp0 ln/1 kT UII e （） 负载电阻RL=0，流过光伏探测器称为短路电流 scp IIS E -开路电压短路电流 4.1 4.

6、1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 电流方程电流方程 / 0pdp 1 eUkT IIeIII / d0 1 eUkT IIe 暗电流暗电流 硅光电二极管暗电流 的温度特性 常温条件下，暗电流常温条件下，暗电流 硅光电二极管硅光电二极管 100nA 硅硅PIN光电二极管光电二极管1nA 3. 暗电流暗电流 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 3. 暗电流暗电流 电流方程电流方程 / 0pdp 1 eU kT IIeIII / d0 1 eU kT IIe 暗电流暗电流 暗电流的影响：暗电流的影响： 1.弱光的测量弱光的测量 2.增大散粒噪声增大散粒噪声

7、暗电流减小方法：暗电流减小方法： 1.降低温度降低温度 2.偏压为零或为负偏压为零或为负 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 4噪声、信噪比和噪声等效功率噪声、信噪比和噪声等效功率 光伏探测器的噪声主要包括器件中光电流的散粒噪声、暗光伏探测器的噪声主要包括器件中光电流的散粒噪声、暗 电流的散粒噪声和电流的散粒噪声和PN结漏电阻结漏电阻Rsh的热噪声。的热噪声。 2 npd shL 44 22 kT fkT f ieIfeIf RR 噪声等效功率 2 dn i NEP S 特别注意： 一般产品手册中给出的探测器的NEP值仅考虑了暗 电流对散粒噪声的贡献。 光电二极管光电

8、二极管噪声等效功率噪声等效功率计算计算 Dp 2e IIf NEP S （） PIN PD 10-14W/Hz1/2 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 5. 光谱特性光谱特性 光伏探测器光伏探测器波长响应范围波长响应范围 紫外光紫外光可见光可见光红外远红外光红外远红外光 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 5. 光谱特性光谱特性 光伏探测器光伏探测器波长响应范围波长响应范围 紫外光紫外光可见光可见光近红外近红外远远红外光红外光 光电导探测器光电导探测器波长响应范围波长响应范围 紫

9、外光紫外光可见光可见光近红外近红外 极远极远红外光红外光 二者光谱响应范围的差别？二者光谱响应范围的差别？为什么？为什么？ 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 6. 响应时间和频率特性响应时间和频率特性 光伏效应示意图光伏效应示意图 响应时间：响应时间： 扩散时间扩散时间10-9s 漂移时间漂移时间10-11s 电路时间常数电路时间常数 1.510 9 s 光敏区薄，光敏区薄，缩短缩短扩散时间；扩散时间； 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 6. 响应时间和频率特性响应时间和频率特性 频率特性：频率特性： 仅考虑电路时间常数仅考虑电路时间常数

10、 eLj R C HC e 1 2 f 硅光电二极管硅光电二极管几百兆赫，几百兆赫， 上千兆赫的响应频率上千兆赫的响应频率; PIN 光电二极管光电二极管10GHz,雪崩光雪崩光 电二极管电二极管100GHz 4.1 4.1 光伏探测器的原理和特性光伏探测器的原理和特性 比较：比较：频率特性频率特性 HC e 1 2 f 光伏探测器光伏探测器 光电导探测器光电导探测器 HC c 1 2 f 光伏探测器频率特性由电路时间常数决定光伏探测器频率特性由电路时间常数决定 光电导探测器频率特性由载流子寿命决定光电导探测器频率特性由载流子寿命决定 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.1

11、4.2.1 硅光电池硅光电池 4.2.2 4.2.2 硅光电二极管硅光电二极管 4.2.3 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 4.2.4 PIN4.2.4 PIN光电二极管光电二极管 4.2.5 4.2.5 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 4.2.6 4.2.6 紫外光电二极管紫外光电二极管 4.2.7 4.2.7 碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.1 4.2.1 硅光电池硅光电池 工作区域：第四象限：工作区域：第四象限： 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 结构：结构： 分类：分类： 主要功能是作为光电

12、探主要功能是作为光电探 测用，光照特性的线性度好测用，光照特性的线性度好 太阳能光电池太阳能光电池 测量光电池测量光电池 主要用作电源，转换效主要用作电源，转换效 率高、成本低率高、成本低 (Solar Cells) 4.2.1 4.2.1 硅光电池硅光电池 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 光电特性光电特性 照度照度电流电压特性电流电压特性 照度照度负载特性负载特性 4.2.1 4.2.1 硅光电池硅光电池 伏安特性伏安特性 光电池伏安特性光电池伏安特性 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.1 4.2.1 硅光电池硅光电池 伏安特性伏安特性 4.2 4.2 常用

13、光伏探测器常用光伏探测器 表示输出电流和电压随表示输出电流和电压随负载电阻负载电阻变化的曲线变化的曲线 无外加偏压无外加偏压 （自偏压自偏压） 4.2.1 4.2.1 硅光电硅光电 池池 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.2 4.2.2 硅光电二极管硅光电二极管 结构：结构： 掺杂浓度较低； 电阻率较高； 结区面积小； 通常多工作于反偏置状态； 结电容小，频率特性好； 光电流比光电池小得多，一般多在微安级 比较：比较：光电二极管与光电池光电二极管与光电池 表表42和表和表41 （Photodiode，简称，简称PD） 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.3

14、 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 又称为光电晶体管（又称为光电晶体管（Phototransistor，简称，简称PT） 光电三极管在电子线路中的符号光电三极管在电子线路中的符号 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.3 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 原理性结构图：原理性结构图： 又称为光电晶体管（又称为光电晶体管（Phototransistor，简称，简称PT） 光电三极管的结构和普通晶体管类似，但它的外壳留有光窗 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.3 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 原理图：原理图： 又称为光电晶体管（又称为光电晶体管（

15、Phototransistor，简称，简称PT） NPN光电三极管可等效为一个硅光电二极管和一个普通晶 体管组合而成。 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.3 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 比较：比较：光电三极管与光电二极管光电三极管与光电二极管 表表43和表和表42 硅光电二极管光电特性 硅光电三极管光电特性 光电三极管：输出光电流大 光电特性“非线性” ，频率特性较 差 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.4 PIN光电二极管光电二极管 结构：结构： (PIN Photodiode，简称，简称PIN PD) 在掺杂浓度很高的在掺杂浓度很高的P型半

16、导体和型半导体和N型半导体之间夹着一层较型半导体之间夹着一层较 厚的高阻本征半导体厚的高阻本征半导体I 结电容变得更小，频率响应高，带宽可达结电容变得更小，频率响应高，带宽可达10GHz； 线性输出范围宽线性输出范围宽 特点：特点： 应用：应用： 光通信、光雷达等快速光检测领域光通信、光雷达等快速光检测领域 光经波导从光经波导从I层进入层进入 PIN光电二极管工作原理光电二极管工作原理 摘自国家精品课程光纤通信技术 -深圳职业技术学院制作 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.4 PIN光电二极管光电二极管 (PIN Photodiode，简称，简称PIN PD) 美国美国AT

17、&T贝尔实验室：带微谐振腔的贝尔实验室：带微谐振腔的InP InGaAs光电二极管，。同时获得了光电二极管，。同时获得了高量子效率和高量子效率和 大的带宽大的带宽。克服了常规。克服了常规PIN光电二极管两者不可光电二极管两者不可 兼得的缺点兼得的缺点 该光电二极管光敏面该光电二极管光敏面150m峰值波长峰值波长 1.48m、暗电流为、暗电流为14nA量子效率为量子效率为82时时, 结结 电容为电容为0.757PF。 PIN光电二极管光电二极管 实例：实例： 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.5 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 (Avalanche Photodiode，简称，

18、简称APD) p q IM h qN I M p 内增益：内增益： M1； M1 外电路单位时间内的电子数外电路单位时间内的电子数 器件内单位时间内的光电子数器件内单位时间内的光电子数 APD内增益：内增益：102103 高反压高反压(100200 V) 强电场强电场 载流子加速载流子加速 碰撞碰撞 新载流子新载流子 雪崩倍增雪崩倍增 光电流的放大光电流的放大 APD内增益：内增益：102103 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.5 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 1.结构原理：结构原理： 光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelectric S

19、cience and Engineering 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 雪崩光电二极管工作原理雪崩光电二极管工作原理 摘自国家精品课程光纤通信技术 -深圳职业技术学院制作 4.2.5雪崩光电二极管雪崩光电二极管 2.雪崩增益雪崩增益M ： M 0 B 1 1 n I M I U U UB为击穿电压为击穿电压 U增加到接近增加到接近UB 得到很大的倍增得到很大的倍增 U很低很低 没有倍增现象没有倍增现象 U超过超过UB 噪声电流很大噪声电流很大 APD合适工作点：合适工作点： U接近接近UB，但不超过，但不超过 APD合适工作点：合适工作点： U接近，但不超过接近，但不超过

20、UB与温度的关系与温度的关系 稳定稳定APD工作点：工作点： 1. 稳压稳压 2. 恒温恒温 4.2.5雪崩光电二极管雪崩光电二极管 2.雪崩增益雪崩增益M ： APD合适工作点：合适工作点： U接近，但不超过接近，但不超过 稳定稳定APD工作点：工作点： 1. 稳压稳压 2. 恒温恒温 APD工作电路举例：工作电路举例： 恒温箱恒温箱 4.2.5雪崩光电二极管雪崩光电二极管 2.雪崩增益雪崩增益M ： 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.5雪崩光电二极管雪崩光电二极管 (Avalanche Photodiode，简称，简称APD) APD内增益：内增益：102103 3.噪

21、声特性噪声特性 4.响应时间响应时间 （0.052.0ns） 1.结构原理结构原理 2.雪崩增益雪崩增益M 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 实例：实例： 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 PIN PD 10-14W/Hz1/2 APD 10-15W/Hz1/2 Si-PD 10-13W/Hz1/2 PMT 10-16W/Hz1/2 4.2 4.2 常用光伏探测器常用光伏探测器 4.2.1 4.2.1 硅光电池硅光电池 4.2.2 4.2.2 硅光电二极管硅光电二极管 4.2.3 4.2.3 硅光电三极管硅光电三极管 4.2.4 PIN4.2.4 PIN光电二极管光电二极管 4.2.5 4.2.5 雪

22、崩光电二极管雪崩光电二极管 4.2.6 4.2.6 紫外光电二极管紫外光电二极管 4.2.7 4.2.7 碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管碲镉汞、碲锡铅红外光电二极管 光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelectric Science and Engineering 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 光伏探测器的组合器件光伏探测器的组合器件特点是特点是：大多在一块：大多在一块 硅片上按一定要求制造出若干个光伏探测器，硅片上按一定要求制造出若干个光伏探测器， 可用来代替由分立光伏探测器而组成的变换装可用来代替由分立光伏探测器而组成的变换装 置，不仅具有光敏

23、点密集量大，装置结构简单、置，不仅具有光敏点密集量大，装置结构简单、 紧凑、调节方便、精确度高等优点，而且还可紧凑、调节方便、精确度高等优点，而且还可 以扩大变换装置的应用范围。以扩大变换装置的应用范围。 也称为集成结型光电器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 也称为集成结型光电器件 4.3.14.3.1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 4.3.24.3.2阵列式光电器件阵列式光电器件 4.3.34.3.3象限式光电器件象限式光电器件 4.3.44.3.4光电位置探测器光电位置探测器 4.3.54.3.5光电耦合器光电耦合器 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.3.

24、14.3.1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 1.1.结构原理结构原理 同一块硅片上制造的两个深浅不同的PN结： PD1为浅结，对波长短的光响应率高； PD2为深结，对波长长的光响应率高。 双结光电二极管半导体色敏器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 2.2.检测电路检测电路 2 0Tsc2sc1 1 lglg R UUII R 对应于不同颜色波长 的输出电压值 UT=kT/e，室温条件下， UT26mV；Isc1和Isc2分别 为PD1、PD2的短路电流 对数放大器 差动放大器 4.3.14.3.1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件

25、3.3.短路电流比短路电流比 短路电流比 与入射波长关系 入射波长 与输出电压关系 2 0Tsc2sc1 1 lglg R UUII R 4.3.14.3.1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.4.应用举例应用举例 半导体色敏器件特点：结构简单、体积小、成本低等。 在工业上可以自动检测纸、纸浆、染料的颜色； 医学上可以测定皮肤、牙齿等的颜色； 用于家电中电视机的彩色调整、商品颜色及代码 的读取等，它是非常有发展前途的一种新型半导体光 电器件。 半导体色敏器件是非常有发展前途的一种新型半导体光 电器件。CCD摄像器件颜色识别功能 4.3.14.3.

26、1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.3.24.3.2阵列式光电器件阵列式光电器件 10DP型光电二极管线阵器件 结构：结构： 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 100100以上，以上， 一维光学图像、一维光学图像、 空间频谱分析空间频谱分析 -线阵线阵CCDCCD 2 2个，个， 光点移动方向光点移动方向 用途：用途： 2 24 4个，个， 相位信息相位信息 4.3.24.3.2阵列式光电器件阵列式光电器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.3.34.3.3象限式光电器件象限式光电器件 准直、定位、准直、定位、 跟踪

27、、频谱分析跟踪、频谱分析 各种象限式光电器件示意图 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 以四象限为例：以四象限为例： 若入射光为正中心若入射光为正中心O O，4 4个个PDPD 的输出均等；的输出均等； 若偏于若偏于1 1象限，则象限，则PD1PD1输出较输出较 大，其余均较小大，其余均较小 工作原理工作原理 缺点：缺点：光敏面上有光敏面上有象限分隔线象限分隔线，对光斑位置，对光斑位置不能进行不能进行 连续测量连续测量，位置分辨率受影响，位置分辨率受影响 4.3.34.3.3象限式光电器件象限式光电器件 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 特点：特点：光敏面上光敏面上无象限

28、分隔线无象限分隔线，对光斑位置，对光斑位置可进行可进行 连续测量连续测量，位置分辨率，位置分辨率高高 4.3.44.3.4光电位置探测器光电位置探测器 Position Sensitive Detectors，简称，简称PSD 一维一维PSD 结构 三层： 上面为P层 下面为N层 中间为I层 P层光敏层，电阻均匀 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.3.44.3.4光电位置探测器光电位置探测器 P P层的电阻率分布均匀、负载及电极接触电阻为零层的电阻率分布均匀、负载及电极接触电阻为零 L II II xI L xL II L xL I 12 12 0201 22 ， 4.3 光伏

29、探测器组合器件光伏探测器组合器件 4.3.54.3.5光电耦合器光电耦合器 光电耦合器光电耦合器是发光器件与接收器件组合的一种元件。是发光器件与接收器件组合的一种元件。 发光器件：发光器件： 常采用发光二极管常采用发光二极管 接收器件：接收器件： 常用光电二极管、光电三极管、光集成电路等常用光电二极管、光电三极管、光集成电路等 例例1. 1. 计算机系统中终端设备计算机系统中终端设备 与主机的隔离运行与主机的隔离运行 大型计算机主机大型计算机主机用户终端设备用户终端设备 光光 4.3.54.3.5光电耦合器光电耦合器 光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelect

30、ric Science and Engineering 4.3 光伏探测器组合器件光伏探测器组合器件 总总 结：结： 4.3.14.3.1半导体色敏感器件半导体色敏感器件 4.3.24.3.2阵列式光电器件阵列式光电器件 4.3.34.3.3象限式光电器件象限式光电器件 4.3.44.3.4光电位置探测器光电位置探测器 4.3.54.3.5光电耦合器光电耦合器 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 为使器件正常工作，提供合适的电流或者电压为使器件正常工作，提供合适的电流或者电压 T Rb +UCC cR 偏置电路偏置电路: : 例如：例如： 意义：意义： 1. 1. 提高探

31、测灵敏度提高探测灵敏度 2. 2. 提高频率响应提高频率响应 3. 3. 降低噪声降低噪声 偏置电压偏置电压 偏置电阻偏置电阻 反向偏置电路反向偏置电路 自偏置电路自偏置电路 零伏偏置电路零伏偏置电路 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 4.4.1自偏置电路自偏置电路 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 1 1短路或线性电流放大区短路或线性电流放大区 2 2空载电压输出区空载电压输出区 3功率放大区功率放大区 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 光电池自偏置电路 4.4.1自偏置电路自偏置电路 1 1短路或线性电流放大区短路或线

32、性电流放大区 RL0=0 (运放虚短运放虚短) 放大器的输入电阻为：放大器的输入电阻为： r 1 f i R A ri =010 线性放大区：线性放大区：线性好、输出光电流大，暗电流近线性好、输出光电流大，暗电流近 似为零、信噪比好，适合弱光信号检测。似为零、信噪比好，适合弱光信号检测。 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 4.4.1自偏置电路自偏置电路 2 2空载电压输出区空载电压输出区 RL1M 光电池处于接近开路状态光电池处于接近开路状态 光照，输出电压从光照，输出电压从 0跳跃到跳跃到0.450.6V 空载电压输出区：空载电压输出区：具有很高的光电转换灵敏度，不具

33、有很高的光电转换灵敏度，不 需偏置电源，适合于开关或控制电路需偏置电源，适合于开关或控制电路 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 4.4.1自偏置电路自偏置电路 4.4.24.4.2零伏偏置电路零伏偏置电路 两种零伏偏置电路：两种零伏偏置电路： 0 自偏置自偏置：负载电阻为零：负载电阻为零 反偏置反偏置：反偏压很小或为零：反偏压很小或为零 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 光电科学与工程学院光电科学与工程学院College Of Optoelectric Science and Engineering 1 1零伏偏置电路特点零伏偏置电路特点 中远红

34、外波段光伏探测器：中远红外波段光伏探测器： 窄禁带（窄禁带（Eg很小），受热激发影响较很小），受热激发影响较 大，反向偏压不能大大，反向偏压不能大(一般为一般为几百毫伏几百毫伏至一点至一点 几伏几伏) 零伏偏置或接近于零伏偏置。零伏偏置或接近于零伏偏置。 质量好的光伏探测器：质量好的光伏探测器： 零伏偏置，零伏偏置，1f 噪声最小，暗电流为零噪声最小，暗电流为零 较高的信噪比。较高的信噪比。 4.4.24.4.2零伏偏置电路零伏偏置电路 2 2零伏偏置电路实例零伏偏置电路实例 例例1 1：自偏置自偏置_ _负载电阻为零负载电阻为零 例例2 2：反偏置反偏置_ _反偏压为零反偏压为零 4.4.2

35、4.4.2零伏偏置电路零伏偏置电路 4.4.3反向偏置电路反向偏置电路 反向偏置电路特点：反向偏置电路特点： 灵敏度、频带宽度和光电变换线性范围灵敏度、频带宽度和光电变换线性范围 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 反向偏置电路反向偏置电路 4.4 4.4 光伏探测器的偏置电路光伏探测器的偏置电路 为了分析问题方为了分析问题方 便，将第三象限便，将第三象限 特性曲线旋转到特性曲线旋转到 第一象限第一象限 与晶体三极管输与晶体三极管输 出曲线类似出曲线类似 1.基本反向偏置电路基本反向偏置电路 4.4.3反向偏置电路反向偏置电路 bL U IUIR 电路图： 回路方程： U(I)为光电二极管的端电压 Ub为偏置电压 负载电阻上的输出信号： 1.基本反向偏置电路基本反向偏置电路 4.4.3反向偏置电路反向偏置电路 选择负载电阻选择负载电阻RL和偏置电压和偏置电压Ub ： 负载电阻的影响 偏置电压的影响 1.基本反向偏置电路基本反向偏置电路 选择负载电阻选择负载电阻RL和偏置电压和偏置电压Ub ： 方法：方法： 标出拐点M bM L M UU R I 功耗限制 2 Lbmax 4RU /P 图解分析方法 4.4.3反向偏置电路反