第2章光电导器件

1、第第2 2章章 光电导器件光电导器件 某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的收，从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效光电导效应应。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导。利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导随入射光度量变化器件，称为成电导随入射光度量变化器件，称为光电导器件光电导器件或或光敏光敏电阻电阻。 光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格

2、低廉，光谱响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领响应范围宽等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。域。 2.1 2.1 光敏电阻的原理与结构光敏电阻的原理与结构 2.1.1 2.1.1 光敏电阻的基本原理光敏电阻的基本原理 图图2-1所示为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号，在均匀的所示为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号，在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。 当光敏电阻的两当光敏电阻的两端加上适当的偏置电端加上适当的偏置电压压Ubb（如图（如图2-1所示的所示的电路）后，便有电流电路）后，便有电流Ip

3、流过，用检流计可以流过，用检流计可以检测到该电流。检测到该电流。 2.1.2 2.1.2 光敏电阻的基本结构光敏电阻的基本结构 在第在第1章章1.6.1节讨论光电导效应时我们发现，光敏电阻在微节讨论光电导效应时我们发现，光敏电阻在微弱辐射作用的情况下光电导灵敏度弱辐射作用的情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离与光敏电阻两电极间距离l的平方成反比，参见的平方成反比，参见( (1-85) )式；在强辐射作用的情况下光电导式；在强辐射作用的情况下光电导灵敏度灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离与光敏电阻两电极间距离l的二分之三次方成反比，参的二分之三次方成反比，参见见( (1-88) )式；都与

4、两电极间距离式；都与两电极间距离l有关。有关。 根据光敏电阻根据光敏电阻的设计原则可以设的设计原则可以设计出如图计出如图2-2所示的所示的3种基本结构，种基本结构，2.1.3 2.1.3 典型光敏电阻典型光敏电阻 1. CdS光敏电阻光敏电阻 CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻，它的光谱响应特性最接光敏电阻是最常见的光敏电阻，它的光谱响应特性最接近人眼光谱光视效率，它在近人眼光谱光视效率，它在可见光可见光波段范围内的灵敏度最高，因波段范围内的灵敏度最高，因此，被广泛地应用于灯光的自动控制，照相机的自动测光等。此，被广泛地应用于灯光的自动控制，照相机的自动测光等。 CdS光敏电阻的峰值响应波长为光

5、敏电阻的峰值响应波长为0.52m，CdSe光敏电阻为光敏电阻为0.72m，一般调整，一般调整S和和Se的比例，可使的比例，可使Cd（S，Se）光敏电阻的）光敏电阻的峰值响应波长大致控制在峰值响应波长大致控制在0.520.72m范围内。范围内。 CdS光敏电阻的光敏面常为如图光敏电阻的光敏面常为如图2-2（b）所示的蛇形光敏面）所示的蛇形光敏面结构。结构。 2. PbS2. PbS光敏电阻光敏电阻 PbS光敏电阻是近红外波段最灵敏的光电导器件。光敏电阻是近红外波段最灵敏的光电导器件。 PbS光敏电阻在光敏电阻在2m附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因此，常用于火灾

6、的探测等领域。此，常用于火灾的探测等领域。 PbS光敏电阻的光谱响应及峰值比探测率等特性与工作温度光敏电阻的光谱响应及峰值比探测率等特性与工作温度有关，有关，随着工作温度的降低其峰值响应波长和长波长将向长波方随着工作温度的降低其峰值响应波长和长波长将向长波方向延伸，且比探测率增加向延伸，且比探测率增加。例如，室温下的。例如，室温下的PbS光敏电阻的光谱光敏电阻的光谱响应范围为响应范围为13.5m，峰值波长为，峰值波长为2.4m，峰值比探测率高达，峰值比探测率高达11011cmHzW-1。当温度降低到。当温度降低到195K时，光谱响应范围为时，光谱响应范围为14m，峰值响应波长移到，峰值响应波长

7、移到2.8m，峰值波长的比探测率也增高，峰值波长的比探测率也增高到到21011cmHzW-1。 3. InSb3. InSb光敏电阻光敏电阻 InSb光敏电阻是光敏电阻是35m光谱范围内的主要探测器件之一。光谱范围内的主要探测器件之一。 InSb材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜制造阵列材料不仅适用于制造单元探测器件，也适宜制造阵列红外探测器件。红外探测器件。 InSb光敏电阻在室温下的长波长可达光敏电阻在室温下的长波长可达7.5m，峰值波长，峰值波长在在6m附近，比探测率约为附近，比探测率约为11011cmHzW-1。当温度降低。当温度降低到到77K（液氮）时，其长波长由（液氮）时，其长

8、波长由7.5m缩短到缩短到5.5m，峰值，峰值波长也将移至波长也将移至5m，恰为大气的窗口范围，峰值比探测率升，恰为大气的窗口范围，峰值比探测率升高到高到21011cmHzW-1。 4. Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件系列光电导探测器件 Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件是目前所有红外探测器中系列光电导探测器件是目前所有红外探测器中性能最优良最有前途的探测器件，尤其是对于性能最优良最有前途的探测器件，尤其是对于48m大气窗大气窗口波段辐射的探测更为重要。口波段辐射的探测更为重要。 Hg1-xCdxTe系列光电导体是由系列光电导体是由HgTe和和CdTe两种材料的晶两种材料的晶体混合

9、制造的，其中体混合制造的，其中x标明标明Cd元素含量的组分。在制造混合晶元素含量的组分。在制造混合晶体时选用不同体时选用不同Cd的组分的组分x，可以得到不同的禁带宽度，可以得到不同的禁带宽度Eg，便可，便可以制造出不同波长响应范围的以制造出不同波长响应范围的Hg1-xCdxTe探测器件。一般组分探测器件。一般组分x的变化范围为的变化范围为0.180.4，长波长的变化范围为，长波长的变化范围为130m。 2.2 2.2 光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性 2.2.1 2.2.1 光电特性光电特性 光敏电阻为多数电子导电的光电敏感器件，它与其他光电器件光敏电阻为多数电子导电的光电敏感器件，它与其

10、他光电器件的特性的差别表现在它的基本特性参数上。光敏电阻的基本特性参的特性的差别表现在它的基本特性参数上。光敏电阻的基本特性参数包含数包含光电特性、时间响应、温度特性、伏安特性光电特性、时间响应、温度特性、伏安特性与与噪声特性噪声特性等。等。 光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的载流子使光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的载流子使它具有一定的电导，该电导称为它具有一定的电导，该电导称为暗电导暗电导 。 当有光照射在光敏电阻上时，它的电导将变大，这时的电导当有光照射在光敏电阻上时，它的电导将变大，这时的电导称为称为光电导光电导。 电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称

11、为电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为光敏电阻的光敏电阻的光电特性光电特性。 在在1.6.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（1-84）与（）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导与辐射通量的关系：与辐射通量的关系： 实际上，光敏电阻在弱辐射到强辐射的作用下，它的光电特实际上，光敏电阻在弱辐射到强辐射的作用下，它的光电特性可用在性可用在“恒定电压恒定电压

12、”作用下流过光敏电阻的电流作用下流过光敏电阻的电流Ip与作用到光与作用到光敏电阻上的光照度敏电阻上的光照度E的关系曲线来描述，的关系曲线来描述， , e2lhqg 21,213eflKhbdqg（1-84）（1-87） 如图如图2-3所示的特性曲线反应了流过光敏电阻的电流所示的特性曲线反应了流过光敏电阻的电流Ip与入射与入射光照度光照度E间的变化关系，由图可见它是由直线性渐变到非线性的。间的变化关系，由图可见它是由直线性渐变到非线性的。 在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为：为： EUSUgIgpp显然，当照度很低时，曲线近似显然，当照度很低时

13、，曲线近似为线性，为线性，Sg由式（由式（1-85）描述；）描述；随照度的增高，线性关系变坏，随照度的增高，线性关系变坏，当照度变得很高时，曲线近似为当照度变得很高时，曲线近似为抛物线形，抛物线形，SgSg由式（由式（1-871-87）描述。）描述。式中：式中：Sg为光电导灵敏度，为光电导灵敏度， E为光敏电阻的照度。为光敏电阻的照度。 光敏电阻的光电特性可用一个随光度量变化的光敏电阻的光电特性可用一个随光度量变化的指数伽玛（指数伽玛（）来描述，并定义）来描述，并定义为光电转换因子为光电转换因子。并将式并将式改为：改为： EUSUgIgpp光电转换因子在弱辐射作用的情况下为光电转换因子在弱辐射

14、作用的情况下为1，随着，随着入射辐射的增强，入射辐射的增强，值减小，当入射辐射很强时值减小，当入射辐射很强时值降低到值降低到0.5。EUSUgIgpp 在实际使用时，常常将光敏电阻的光电特性曲线改用如图在实际使用时，常常将光敏电阻的光电特性曲线改用如图2-42-4所示的特性曲线。图所示的特性曲线。图2-42-4所示为两种坐标框架的特性曲线，所示为两种坐标框架的特性曲线，其中其中(a)(a)为为线性线性直角坐标系中光敏电阻的阻值直角坐标系中光敏电阻的阻值R R与入射照度与入射照度E EV V的的关系曲线，而关系曲线，而(b)(b)为为对数对数直角坐标系下的阻值直角坐标系下的阻值R R与入射照度与

15、入射照度E EV V的的关系曲线。关系曲线。 如图如图2-4(b)2-4(b)所示的对数坐标系中光敏电阻的阻值所示的对数坐标系中光敏电阻的阻值R R在在某段照度某段照度E EV V范围内的光电特性表现为线性，即（范围内的光电特性表现为线性，即（2-22-2）式中）式中的的保持不变。保持不变。 值为对数坐标下特性曲线的斜率。即值为对数坐标下特性曲线的斜率。即 1221loglogloglogEERR（2-32-3） R R1 1与与R R2 2分别是照度为分别是照度为E E1 1和和E E2 2时光敏电阻的阻值。时光敏电阻的阻值。 光敏电阻的光敏电阻的值值反映了在照度范围变化不大或者照度的绝对值

16、反映了在照度范围变化不大或者照度的绝对值较大甚至光敏电阻接近饱和的情况下的阻值与照度的关系。较大甚至光敏电阻接近饱和的情况下的阻值与照度的关系。定义定义光敏电阻的光敏电阻的值必须说明照度范围。值必须说明照度范围。2.2.2 2.2.2 伏安特性伏安特性 光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与普光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与普通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光度量而变化通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光度量而变化的。的。 利用图利用图2-1所示的电路所示的电路可以测出在不同光照下加在可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压光敏电阻两端的电

17、压U与流与流过它的电流过它的电流Ip的关系曲线，的关系曲线，并称其为光敏电阻的并称其为光敏电阻的伏安特伏安特性。性。图图2-5所示为典型所示为典型CdS光敏电阻的伏安特性曲线光敏电阻的伏安特性曲线 。2.2.3 2.2.3 温度特性温度特性 光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂的温度特性。光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂的温度特性。 图图2-6所示为典型所示为典型CdS与与CdSe光敏电阻在不同照度下的温度特性光敏电阻在不同照度下的温度特性曲线。以室温（曲线。以室温（25）的相对光电）的相对光电导率为导率为100%，观测光敏电阻的相，观测光敏电阻的相对光电导率随温度的变化关

18、系，可对光电导率随温度的变化关系，可以看出以看出光敏电阻的相对光电导率随光敏电阻的相对光电导率随温度的升高而下降，温度的升高而下降，光电响应特性光电响应特性随着温度的变化较大。随着温度的变化较大。 2.2.4 2.2.4 时间响应时间响应 光敏电阻的时间响应（又称为惯性）比其他光电器件要差（惯光敏电阻的时间响应（又称为惯性）比其他光电器件要差（惯性要大）些，频率响应要低些，而且具有特殊性。当用一个理想方性要大）些，频率响应要低些，而且具有特殊性。当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻时，光生电子要有产生的过程，光生电导波脉冲辐射照射光敏电阻时，光生电子要有产生的过程，光生电导率率要经过一定的时间

19、才能达到稳定。当停止辐射时，复合光生要经过一定的时间才能达到稳定。当停止辐射时，复合光生载流子也需要时间，表现出光敏电阻具有较大的惯性。载流子也需要时间，表现出光敏电阻具有较大的惯性。 光敏电阻的惯性与入射辐射信号的强弱有关，下面分别讨论。光敏电阻的惯性与入射辐射信号的强弱有关，下面分别讨论。 1.弱辐射作用情况下的时间响应弱辐射作用情况下的时间响应 00t0t=0 对于本征光电导器件在非平衡状态下光电导率对于本征光电导器件在非平衡状态下光电导率和光电流和光电流I随时间变化的规律为：随时间变化的规律为： )1 (/0te/0(1)tIIe (2-4)(2-5)定义为光敏电阻的上升时间常数定义为

20、光敏电阻的上升时间常数 当当t=时，时， =0.630，I=0.63I0； rr定义为光敏电阻的上升时间常数定义为光敏电阻的上升时间常数 ,即光敏电阻的光电流上升即光敏电阻的光电流上升到稳态值的到稳态值的63%所需要的时间。所需要的时间。停止辐射时，入射辐射通量停止辐射时，入射辐射通量e与时间的关系为：与时间的关系为：00t=0t0当当t时，时， =0，I=I0； 光电导率和光电流随时间变化的规律为：光电导率和光电流随时间变化的规律为： /0te/0teII（2-6） （2-7） 显然，光敏电阻在弱辐射作用显然，光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数下的上升时间常数r r与下降时与下降时间常数间

21、常数f f近似相等。近似相等。 当当t=时，时， =0.370，I=0.37I0； 停止辐射以后，停止辐射以后，光敏电阻的光电流下降到稳态值的光敏电阻的光电流下降到稳态值的37%所需要所需要的时间称为光敏电阻的下降时间的时间称为光敏电阻的下降时间f。当当t时，时， 与与I均下降为零均下降为零； 2 2. 强辐射作用情况下的时间响应强辐射作用情况下的时间响应 0000t=0t0t=0t0（2-8） （2-9） 光敏电阻电导率的变化规律为：光敏电阻电导率的变化规律为： ttanh0tIItanh0其光电流的变化规律为：其光电流的变化规律为： （2-10） （2-11） 当当t=时，时， =0.76

22、0，I=76I0； 当当t时，时， =0，I=I0 ； rr定义为光敏电阻的上升时间常数定义为光敏电阻的上升时间常数 ,即光敏电阻的光电流上升即光敏电阻的光电流上升到稳态值的到稳态值的76%所需要的时间。所需要的时间。停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为：停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为： /110t/110tII当当t=时，时， =0.50，I=0.5I0； 停止辐射以后，停止辐射以后，光敏电阻的光电流下降到稳态值的光敏电阻的光电流下降到稳态值的50%所需要所需要的时间称为光敏电阻的下降时间的时间称为光敏电阻的下降时间f。当当t时，时， 与与I均下降为零均下降为零； 光电

23、检测系统的噪声光电检测系统的噪声光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制 1 1、系统外部噪声、系统外部噪声 无线电台、电火花、脉冲放电、机械震动、雷电、无线电台、电火花、脉冲放电、机械震动、雷电、太阳星球等太阳星球等 2 2、系统内部噪声、系统内部噪声 热噪声、散粒噪声、产生热噪声、散粒噪声、产生- -复合噪声、复合噪声、1/f1/f噪声噪声2.2.5 2.2.5 噪声特性噪声特性 光敏电阻的主要噪声有光敏电阻的主要噪声有热噪声热噪声、产生复合产生复合和和低频噪声低频噪声。 噪声的类型光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制 1、热噪声由耗散元件中的电荷载流子的五规则热运动引

24、起的；任何材料都有热噪声。热噪声电流常用均方值表示。在纯电阻情况下：InT=(4kTf/R)1/2该电阻两端产生的电压均方值由下式给出：EnT=(4kTRf)1/2光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制 2、散粒噪声 光电探测器的散粒噪声是由于载流子的微粒性引起的。这是一种在光电子发射器件和光伏器件中出现的噪声。散粒噪声电流均方值：Insh=(2qIDCf)1/2光电探测器的暗电流也同样引起散粒噪声，无光照时暗电流的噪声为：Inp=(2qIpf)1/2和热噪声相比，散粒噪声不取决于温度，而由流过器件的平均电流决定。光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制3、产生-复合噪声 光

25、电导探测器因光或热激发产生载流子和载流子复合这两个随即过程，引起电流随机起伏形成产生-复合噪声。这是半导体辐射探测器件中的一种主要噪声。该噪声电流均方值：In=(4qI（/e）f)/(1+42f22)1/2In=(4qIGf)1/2在相对低频的条件下，电流均方值：In=(4qI（/e）f）1/2令/e=G,称为光电导器件的内增益光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制 4、1/f噪声 1/f噪声又称为闪烁噪声，它也是半导体辐射器件中的一种基本噪声，通常是由元器件中存在局部缺陷或有微量杂质所引起的。噪声电流通常表示为： 为与流过器件电流有关的常数，通常 =2；为与材料的性质有关的系数，通

26、常在0.8-1.3之间，大多数材料可以近似取为=1。In=(k1If)/f)1/2In=(k1I2f)/f)1/2 该噪声与频率成反比，不是白噪声，因此称为1/f噪声，主要出现在1KHz的低频区，有时也称为低频噪声。在工作频率大于1KHz时，与其它噪声相比，可以忽略不记。光电检测系统的噪光电检测系统的噪声与抑制声与抑制 5、温度噪声 在无辐射存在时，探测器在某一平均温度附近呈现一个小的起伏，这种温度起伏引起的探测器输出起伏称为温度噪声。这是热敏电阻探测器件的主要噪声。 该温度噪声用温度起伏的均方值表示：InT=(4kT2f/GQ(1+22)1/2 光敏电阻的主要噪声有光敏电阻的主要噪声有热噪声

27、热噪声、产生复合产生复合和和低频噪声低频噪声。 1.1.热噪声热噪声 )(1K4)(202d2NJRfTfId2NJK4)(RfTfI2.2.产生复合噪声产生复合噪声 20202ngr1f)/(4lIqI02ngr4lfIqI3.3.低频噪声（电流噪声）低频噪声（电流噪声） bffbdlIcI212nf2.2.6 2.2.6 光谱响应光谱响应 光敏电阻的光谱响应主要由光敏电阻的光谱响应主要由光敏材料禁带宽度光敏材料禁带宽度、杂质电离能杂质电离能、材料掺杂比材料掺杂比与与掺杂浓度掺杂浓度等因素有关。等因素有关。 2.3 2.3 光敏电阻的变换电路光敏电阻的变换电路2.3.1 2.3.1 基本偏置

28、电路基本偏置电路 设在某照度设在某照度Ev下，光敏电阻的阻值为下，光敏电阻的阻值为R，电导为，电导为g，流过，流过偏置电阻偏置电阻RL的电流为的电流为IL LbbLRRUI用微变量表示：用微变量表示： Rd)RR(d2LLbbUI而而dR=-R2SgdEv，因此：，因此： V2L2LEd)RR(dgbbSRUI（2-20）设设iL=dIL，ev=dEv，则：，则： v2L2)RR(eSRUigbbL 加在光敏电阻上的电压为加在光敏电阻上的电压为R与与RL对电压对电压Ubb的分压，即的分压，即UR=R/(R+RL) Ubb，因此，光电流的微变量为：，因此，光电流的微变量为： vgLbbvgRUe

29、SRRRUeSi将式（将式（2-22）代入式（）代入式（2-21）得：）得： iRRRiLL（2-21）（2-22）（2-23）偏置电阻偏置电阻RL两端的输出电压为：两端的输出电压为： v2LgL2LLLLL)RR(UeSRRiRRRRiRubb从式（从式（2-24）可以看出，）可以看出，当电路参数确定后，输出电压信号与当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐射入射辐射量（照度弱辐射入射辐射量（照度ev）成线性关系）成线性关系。 （2-24）2.3.2 2.3.2 恒流电路恒流电路 在简单偏置电路中，当在简单偏置电路中，当RL R时，流过光敏电阻的电流基本不时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏

30、置电路称为变，此时的偏置电路称为恒流电路恒流电路。然而，光敏电阻自身的阻值。然而，光敏电阻自身的阻值已经很高，再满足恒流偏置的条件就难以满足电路输出阻抗的要已经很高，再满足恒流偏置的条件就难以满足电路输出阻抗的要求，为此，可引入如图求，为此，可引入如图2-13所示的晶体管恒流偏置电路。所示的晶体管恒流偏置电路。 稳压管稳压管DW将晶体三极管的基极将晶体三极管的基极电压稳定，即电压稳定，即UB=UW，流过晶体三，流过晶体三极管发射极的电流极管发射极的电流Ie 为：为： ebeWeUIRU（2-25） 在晶体管恒流偏置电路中输出电压在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为为 ：RIUUcbbo求微分得

31、：求微分得： RIUddco将将 代入（代入（2-27）得：）得： v2gEdRdRS（2-27）（2-26）vg2ebeWoddESRRUUU或或 vg2eWoeSRRUu 显然，恒流偏置电路的电压灵敏度显然，恒流偏置电路的电压灵敏度SV为：为： g2eWvSRRUS （2-28）（2-29）（2-30）2.3.3 2.3.3 恒压电路恒压电路 利用晶体三极管很容易构成光敏电阻的恒压偏置电路。如利用晶体三极管很容易构成光敏电阻的恒压偏置电路。如图图2-14所示为典型的光敏电阻恒压偏置电路。所示为典型的光敏电阻恒压偏置电路。 光敏电阻在恒压偏置电路的情况光敏电阻在恒压偏置电路的情况下输出的电流

32、下输出的电流IP与处于放大状态的三与处于放大状态的三极管发射极电流极管发射极电流Ie近似相等。因此，近似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为：恒压偏置电路的输出电压为： cccoRIEU取微分，得到输出电压的变化量为：取微分，得到输出电压的变化量为： dUo=RcdIc=RcdIe= RcSgUwd 2.3.4 2.3.4 举例举例 例例2-1 在如图在如图2-13所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V，Rb为为820，Re为为3.3k，三极管的放大倍率不小于，三极管的放大倍率不小于80，稳压二，稳压二极管的输出电压为极管的输出电压为4 V，光照度为，光

33、照度为40lx时输出电压为时输出电压为6V，80 lx时时为为8V。（设光敏电阻在。（设光敏电阻在30到到100lx之间的之间的 值不变）值不变） 试求（试求（1）输出电压为）输出电压为7伏的照度为多伏的照度为多 少勒克司？少勒克司？（2）该电路的电压灵敏度（）该电路的电压灵敏度（V/ lx）。）。 解解 根据已知条件，流过稳压管根据已知条件，流过稳压管DW的的 电流：电流：mA6 . 91wbbRUUIW满足稳压二极管的工作条件满足稳压二极管的工作条件 （1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值 K6IV6ebb1URPK4IV8

34、ebb2URP将将Re1与与Re2值代入值代入值计算公式，得到光照度在值计算公式，得到光照度在4080lx之间之间的的值值 59. 0lg40lg80lg4lg6输出为输出为7V时光敏电阻的阻值应为：时光敏电阻的阻值应为： K5IV7ebb3URP此时的光照度可由此时的光照度可由值计算公式获得：值计算公式获得： 59. 0lg40lgElg5lg63736. 1lg400.59lg5lg6lg3VEE3=54.45（lx） （2）电路的电压灵敏度）电路的电压灵敏度SV： (V/lx)069. 04045.5467SVEU 例例2-2 在如图在如图2-14所示的恒压偏置电路中，已知所示的恒压偏置

35、电路中，已知DW为为2CW12型型稳压二极管，其稳定电压值为稳压二极管，其稳定电压值为6V，设，设Rb=1k，RC=510, , 三三极管的电流放大极管的电流放大倍率不小于倍率不小于80，电源电压电源电压Ubb=12V，当，当CdS光敏光敏电阻光敏面上的照度为电阻光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为时恒压偏置电路的输出电压为11V, ,照度为照度为450lx时输出电压为时输出电压为8V, , 试计算输出电压为试计算输出电压为9V时的照度（设光敏电阻在时的照度（设光敏电阻在100500lx间间的的值不变）为多少值不变）为多少lx？ 照度到照度到500lx时的输出电压为多少？时的输

36、出电压为多少？ 解解 分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足2CW12的稳的稳定工作条件，三极管的基极被稳定在定工作条件，三极管的基极被稳定在6V。 设光照度为设光照度为150lx时的输出电流为时的输出电流为I1，与光敏电阻的阻值，与光敏电阻的阻值R1，则：则： )mA(92. 9510101210cbb1RUIk4 . 192. 37 . 067 . 01W1IUR同样同样, ,照度为照度为300300lx时流过光敏电阻的电流时流过光敏电阻的电流I2与电阻与电阻R2为：为：7.8(mA)8Icbb2RUR2=680 由于光敏电阻在由于光敏电阻在500到到

37、100lx间的间的值不变，因此该光敏电阻的值不变，因此该光敏电阻的值应为：值应为： 66. 0lglglglg1221EERR当输出电压为当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为时，设流过光敏电阻的电流为I3，阻值为，阻值为R3，则：则： (mA)88. 59cbb3RUIR3=900 代入代入值的计算公式便可以计算出输出电压为值的计算公式便可以计算出输出电压为9V时的入射照度时的入射照度E3：66. 0lglglglg2332EERR292. 20.66lglglglg3223RREEE3=196(lx) 由由值的计算公式可以找到值的计算公式可以找到500lx时的阻值时的阻值R4及三极管的

38、输出电流及三极管的输出电流I4为：为：R4=214 I4=24.7(mA)而此时的输出电压而此时的输出电压UO为：为： UO=UbbI4R4=6.7(V)即，在即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压为的照度下恒压偏置电路的输出电压为6.7V。 2.4 2.4 光敏电阻的应用实例光敏电阻的应用实例 2.4.1 2.4.1 照明灯的光电控制电路照明灯的光电控制电路 如图如图2-15所示为一种最简单的由光敏电阻作光电敏感器件所示为一种最简单的由光敏电阻作光电敏感器件的照明灯光电自动控制电路。的照明灯光电自动控制电路。 它由它由3部分构成：部分构成： 半波整流滤波电路半波整流滤波电路 测光与控

39、制的电路测光与控制的电路 执行电路执行电路 设使照明灯点亮的光照度设使照明灯点亮的光照度为为EV 继电器绕组的直流电阻为继电器绕组的直流电阻为RJ，使继电器吸合的最小电流，使继电器吸合的最小电流为为Imin，光敏电阻的光电导灵敏度为，光敏电阻的光电导灵敏度为Sg，暗电导，暗电导go=0，则：，则： gJminvSRRIUE 显然，这种最简单的光电控制电路还有很多缺点，还需显然，这种最简单的光电控制电路还有很多缺点，还需要改进。在实际应用中常常要附加其他电路，如楼道照明灯要改进。在实际应用中常常要附加其他电路，如楼道照明灯常配加声控开关或微波等接近开关使灯在有人活动时照明灯常配加声控开关或微波等接近开关使灯在有人活动时照明灯才被点亮；而路灯光电控制器则要增加防止闪电光辐射或人才被点亮；而路灯光电控制器则要增加防止闪电光辐射或人为的光源（如手电灯光等）对控制电路的干扰措施。为的光源（如手电灯光等）对控制电路的干扰措施。 2.4.2 2.4.2 火焰探测报警器火焰探测报警器 图图2-16所示为采用光敏电阻为探测元件的火焰探测报警器所示为采用光敏电阻为探测元件的火焰探测报警器电路图。电路图。PbS光敏电阻的暗电阻的阻值为光敏电阻的暗电阻的阻值为1M，亮电阻的阻值，亮电阻的阻值为为0.2M(幅照度幅照度1mw/cm2下测试下测试)，峰值响应波长为，峰值响应