第5章光电导器件

第5章半导体光电导器件利用半导体光电导效应制成的器件称为光电导探测器，简称PC（Photoconductive）探测器－－最典型的光电导器件是光敏电阻。优点：①光谱响应宽：紫外－－远红外②工作电流大，可达数毫安③可测强光，可测弱光④灵敏度高，光电导增益大于1⑤无极性之分不足之处：①强光照射下光电转换线性较差②光电弛豫过程长③频率响应很低

第五章半导体光电导器件5.1光敏电阻的工作原理5.2光敏电阻的主要特性参数5.3实用光电导探测器5.4光敏电阻的基本偏置电路5.5应用举例光敏电阻原理图光照电极（a）电原理图(b)电路符号根据半导体材料的分类，光敏电阻有两种类型电导率

N型半导体

s=nqmn,mn=1350cm2/(V•s)P型半导体

s=pqmp,mp=480cm2/(V•s)第五章半导体光电导器件5.1光敏电阻的工作原理5.2光敏电阻的主要特性参数5.3实用光电导探测器5.4光敏电阻的基本偏置电路5.5应用举例产生的光电子数与入射光子数之比的调制频率，即截止频率f3dB强光时（照度在10-1−104lx）例题1某光敏电阻的暗电阻为600k，在200lx光照下亮暗电阻比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。解：

该光敏电阻的亮电阻为光电导，所以光电导灵敏度

例题2某光电导器件的特性曲线如右图，用该器件控制一继电器。使用30V直流电源，电路在400lx的照度下有10mA电流即可使继电器吸合。试画出控制电路，计算所需串联的电阻和暗电流。Rt30VRJR1光敏电阻控制继电器电路光敏电阻的特性曲线0.010.1110100110102103104R1R2解：光敏电阻的光电导灵敏度为S/Lx在400Lx的光照下，光敏电阻的阻值为R。所以，Rt=2500欧姆。使用30V直流电源，使继电器吸合需10mA电流。这时回路电阻应为

RL=30/0.010=3000欧姆S比光敏电阻的阻值要大，故需串联一个电阻R1，R1=RL-Rt=500欧姆nt八、温度特性光敏电阻的特性参数受温度影响较大，只要温度略有变化，其光谱响应率、峰值响应波长、长波限等参数都会发生变化，而且这种变化没有确定的规律。为了提高光敏电阻性能的稳定性，降低噪声和提高探测率，就十分必要采用冷却装置。硫化铅光敏电阻在冷却情况下相对光谱灵敏度的变化第五章半导体光电导器件5.1光敏电阻的工作原理5.2光敏电阻的主要特性参数5.3实用光电导探测器5.4光敏电阻的基本偏置电路5.5应用举例常用光敏电阻

光电导探测器波长响应范围按工作波长：按材料分，两大类型：本征型光敏电阻

杂质型光敏电阻紫外光响应可见光响应红外光响应紫外光可见光红外－－极远红外光a.硫化镉（CdS）光谱响应:0.3mm~0.8mm,峰值波长0.52mm,响应时间为数百毫秒。常用于照相机测光。b.硫化铅（PbS）光谱响应:1mm~3mm,峰值波长2.4mm,响应时间t=100~300ms。致冷条件下（195K干冰），光谱响应：1~4mm,lp=2.8mm。c.锑化铟（InSb）Eg较小,适用于3~5mm的大气红外窗口测量。d.碲镉汞（HgCdTe）改变HgTe和CdTe化合物的组份，可以得到各种相应的的红外探测器。如：1-3mm,3-5mm,8-14mm三种波长范围的探测器。e.掺杂型（锗掺杂）响应时间较短（10-6~10-8），要求共作温度低。结构示意图光谱响应特性第五章半导体光电导器件5.1光敏电阻的工作原理5.2光敏电阻的主要特性参数5.3实用光电导探测器5.4光敏电阻的基本偏置电路5.5应用举例恒流电路

在简单偏置电路中，当RL»R时，流过光敏电阻的电流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。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求，为此，可引入如图2-13所示的晶体管恒流偏置电路。

稳压管DW将晶体三极管的基极电压稳定，即UB=UW，流过晶体三极管发射极的电流Ie

为

（1）

在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为

求微分得

将代入（2-27）得

（3）（2）或

（4）（5）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。如图2-14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下输出的电流IP与处于放大状态的三极管发射极电流Ie近似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为

取微分，则得到输出电压的变化量为

dUo=－RcdIc=－RcdIe=RcSgUwdφ

例题

例在如图2-13所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V，Rb为820Ω，Re为3.3kΩ，三极管的放大倍率不小于80，稳压二极管的输出电压为4V，光照度为40lx时输出电压为6V，80lx时为8V。（设光敏电阻在30到100lx之间的值不变）

试求：（1）输出电压为7伏的照度为多少勒克司？（2）该电路的电压灵敏度（V/lx）。

解

根据已知条件，流过稳压管DW的电流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

将Re1与Re2值代入γ值计算公式，得到光照度在40~80lx之间的γ值

输出为7V时光敏电阻的阻值应为

此时的光照度可由γ值计算公式获得

E3=54.45（lx）

（2）电路的电压灵敏度SV

例2

在如图2-14所示的恒压偏置电路中，已知DW为2CW12型稳压二极管，其稳定电压值为6V，设Rb=1kΩ，RC=510Ω,三极管的电流放大倍率不小于80，电源电压Ubb=12V，当CdS光敏电阻光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为10V,照度为450lx时输出电压为8V,试计算输出电压为9V时的照度（设光敏电阻在100~500lx间的γ值不变）为多少lx？照度到500lx时的输出电压为多少？

解分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足2CW12的稳定工作条件，三极管的基极被稳定在6V。

设光照度为150lx时的输出电流为I1，与光敏电阻的阻值R1，则

同样,照度为300lx时流过光敏电阻的电流I2与电阻R2为R2=680Ω

由于光敏电阻在500到100lx间的γ值不变，因此该光敏电阻的γ值应为

当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为I3，阻值为R3，则

R3=900Ω

代入γ值的计算公式便可以计算出输出电压为9V时的入射照度E3E3=196(lx)

由γ值的计算公式可以找到500lx时的阻值R4及三极管的输出电流I4为

R4=214Ω

I4=24.7(mA)而此时的输出电压UO为

UO=Ubb－I4R4=6.7(V)即，在5