光导探测器-光敏电阻

4.4光电导探测器——光敏电阻

要求:了解光敏电阻的原理和结构

熟悉光敏电阻的特性

熟悉光敏电阻的特点

知道光敏电阻的使用注意事项4.4.0光电导探测器光电导探测器利用光电导效应原理工作的探测器。光电导效应为半导体材料的体效应，无须pn结，故又称为无结光电探测器原理基于光电导效应，该器件在光照下会改变自身的电阻率；光照越强，其电阻越小，因此又称为光敏电阻或光导管。适用性本征型，常温下工作，可用来检测可见光和近红外辐射非本征型，在低温下工作，可以检测波长很长的辐射在仪器仪表、光电控制和光电制导等领域应用广泛。4.4.1光电转换原理以非本征N型材料为例进行分析，如图M>1说明虽然载流子已经渡越完毕，但载流子的平均寿命还未终止。可理解为电子到达阳极消失时，半导体内的空穴仍存在，可以吸引其它电子使电子向阳极移动。有效量子效率电荷放大系数光电流内增益4.4.1光电转换原理结构它由一块涂在绝缘基底上的光电导材料薄膜和两端接有两个引线的电极构成，整体封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。电极和光电导体之间呈欧姆接触。光敏电阻在电路中的符号4.4.2工作特性对各种光响应灵敏度随入射光波长变化而变化的特性；通常用光谱响应曲线、光谱响应范围和峰值响应波长来描述；峰值波长取决于光敏材料的禁带宽度：由于杂质和晶格缺陷的存在，光谱响应相对截止波长向长波方向扩展；又由于光敏材料对短波长光的吸收系数高，表面层载流子浓度很高，使得复合速度也变快，于是对短波长光的灵敏度降低，所以总有一定的响应范围。光敏电阻的性能包括光谱响应特性、照度伏安特性、频率响应和温度特性等。1.光谱响应特性4.4.2工作特性利用半导体掺杂等技术可以改善光敏电阻的光谱响应范围和峰值响应波长，从而满足特殊需求；光谱响应曲线1.光谱响应特性波长/nm相对灵敏度4.4.2工作特性光敏电阻的光照特性呈非线性关系：在低偏压（几伏~几十伏），弱光照（0.1lx~1000lx）条件下，照度特性和伏安特性都认为是线性的。2.光照特性和伏安特性：电压指数，一般在1.0~1.2之间：照度指数，在0.5~1之间4.4.2工作特性伏安特性2.光照特性和伏安特性匹配工作状态越大越好4.4.2工作特性伏安特性高频时，光敏电阻的电容效应不能忽略（因为为了提高电流增益，往往减小电极间距离，却使电容增大)，该效应使得响应时间增大，响应频率减小；偏置电压的选取应使得光敏电阻的消耗功率小于允许的最大耗散功率，否则将损坏。2.光照特性和伏安特性匹配工作状态4.4.2工作特性光敏电阻受光照和被遮光后，回路电流并不立即增大或减小，而是有一响应时间。3.时间响应特性与光照度、所加电压、负载电阻及前厉时间等有关；使用中，应尽量提高照明度，降低所加电压、施加适当偏置光照，来提高时间响应特性。4.4.2工作特性指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影响。4.前历效应暗态前历效应：

1-黑暗放置3分钟后

2-黑暗放置60分钟后

3-黑暗放置24小时后亮态前历效应：4.4.2工作特性光敏电阻的阻值随温度变化，但温度稳定性在中等光照时较好。如CdS光敏电阻的温度系数在10lx照度时为零，照度高于10lx时，温度系数为正，小于10lx时，温度系数为负。在低温环境下（零下），光敏电阻的响应速度变慢；如在-30ºC时的响应速度是20ºC时的20倍。光敏电阻的允许功耗，随环境温度升高而降低。5.稳定特性4.4.2工作特性主要为热噪声、产生复合噪声、1/f噪声；噪声与频率的关系：减小噪声的措施：红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的f;制冷，降低热噪声；选择恰当的偏置电路，提高信噪比。6.噪声特性4.4.3光敏电阻的特点灵敏度高，光电导增益大于1，工作电流大，无极性之分；光谱响应范围宽，尤其对红外有较高的灵敏度；所测光强范围宽，可测强光、弱光。1.优点2.缺点强光下光电转换线性差；光电导响应时间长；受温度影响大；设计负载时，难始终保持匹配，还要考虑额定功耗；进行动态设计时，要考虑光敏电阻的前历效应。4.4.4几种典型的光敏电阻4.4.5使用注意事项用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光谱特性相匹配；要防止光敏电阻受杂散光的影响；要防止光敏电阻的电参数（电压、功耗）超过允许值；根据不同用途，选用不同特性光敏电阻；数字信息传输时，宜选用亮暗电阻差别大、光照指数γ大的光敏电阻；模拟信息传输时，宜选用光照指数γ=1的光敏电阻（线性好）。练习如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A为发光仪器，B为水平传送带，由电动机带动做匀速直线运动。R1为光敏电阻，R2为定值电阻，R1、R2串联在电路中，电源电压保持不变．每当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，R1的电阻值就增大，计数器就计数一次。则：（1）当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，定值电阻R2两端的电压将________。（填“变大”、“变小”或“不变”）（2）已知相邻的两个易拉罐中心之间的距离均为20cm，若计数器从易拉罐第一次挡住光线开始计时，到恰好计数101次共用时间40s，则传送带的速度为多少m/s？答案：（1）由题意可知，当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，R1的电阻值就增大，由于R1、R2是串联在电路中的，当R1电阻值增大，R1分得的电压就增大，R2两端的电压将变小；（2）由v＝s/t＝(101-1)×0.2m/40s＝0.5m/s。知识巩固