常用光源以及光電耦合器件應(yīng)用講解

發(fā)光器件與光電

耦合器件講解一切能產(chǎn)生光輻射的輻射源都稱為光源。光源一、光電儀器中的常用光源

按照發(fā)光機(jī)理，光源可以分為如下幾類：熱輻射光源氣體放電光源固體發(fā)光光源激光器太陽(yáng)白熾燈、鹵鎢燈黑體輻射器汞燈、熒光燈、鈉燈氙燈、金屬鹵化物燈氘燈、空心陰極燈場(chǎng)致發(fā)光燈發(fā)光二極管氣體激光器、固體激光器染料激光器、半導(dǎo)體激光器由物體溫度高于絕對(duì)零度而產(chǎn)生的物體熱輻射，稱為熱輻射光源。由于物體在特定環(huán)境下受外界能量激發(fā)而產(chǎn)生輻射，為激發(fā)輻射，其光源被稱為冷光源。冷光源按激發(fā)方式分可分為光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、摩擦發(fā)光、陰極射線致發(fā)光、電致發(fā)光等。（1）輻射效率和發(fā)光效率一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)

在給定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需要的電功率之比，稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率。（1）輻射效率和發(fā)光效率一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)

某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比，就是該光源的發(fā)光效率。單位為lm/W（1）輻射效率和發(fā)光效率一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)光源種類發(fā)光效率光源種類發(fā)光效率普通鎢絲燈8~18高壓汞燈30~40鹵鎢燈14~30高壓鈉燈90~100普通熒光燈35~60球形氙燈30~40三基色熒光燈55~90金屬鹵化物燈60~80（2）光譜功率分布一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)

光源在不同光譜上輻射出不同的光譜功率，常用光譜功率分布來(lái)描述。若令其最大值為1，得到相應(yīng)歸一化的光譜功率分布，稱為相對(duì)光譜功率分布。

光源的光譜功率分布通?？煞譃樗姆N情況：線狀光譜、帶狀光譜、連續(xù)光譜、混合光譜。（2）光譜功率分布一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)線狀光譜帶狀光譜連續(xù)光譜混合光譜（3）空間光強(qiáng)分布一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)

對(duì)于各向異性光源，其發(fā)光強(qiáng)度在空間各方向上是不相同的。若在空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量，矢量長(zhǎng)度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連起來(lái)，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即配光曲線。

在光學(xué)儀器中，為了提高光的利用率，一般選擇發(fā)光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。（3）空間光強(qiáng)分布一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)（4）光源的色溫一、光電儀器中的常用光源

1、光源的基本特性參數(shù)

黑體的溫度決定了它的光輻射特性。對(duì)于非黑體輻射，它的某些特性常用黑體輻射的特性來(lái)近似地表示。對(duì)于一般光源，常用用分布溫度、色溫和相關(guān)色溫表示。①分布溫度：輻射源在某一波段范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，那么該黑體的溫度就稱該輻射源的分布溫度。（4）光光源源的的色色溫溫一、、光光電電儀儀器器中中的的常常用用光光源源1、光光源源的的基基本本特特性性參參數(shù)數(shù)②色溫溫：：輻輻射射源源發(fā)發(fā)射射光光的的顏顏色色與與黑黑體體在在某某一一溫溫度度下下輻輻射射光光的的顏顏色色相相同同，，則則黑黑體體的的這這一一溫溫度度稱稱為為該該輻輻射射源源的的色色溫溫。。③相關(guān)關(guān)色色溫溫：：在在均均勻勻色色度度圖圖中中，，如如果果光光源源的的色色坐坐標(biāo)標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)與與某某一一溫溫度度下下的的黑黑體體輻輻射射的的色色坐坐標(biāo)標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)最最接接近近，，則則該該黑黑體體的的溫溫度度稱稱為為該該光光源源的的相相關(guān)關(guān)色色溫溫。。（4）光光源源的的色色溫溫一、、光光電電儀儀器器中中的的常常用用光光源源1、光光源源的的基基本本特特性性參參數(shù)數(shù)光源色溫北方晴空8000-8500k陰天6500-7500k下午日光4000k鎢絲燈2700k高壓鈉燈1950-2250k蠟燭光2000k高壓汞燈3450-3750k（4）光光源源的的色色溫溫一、、光光電電儀儀器器中中的的常常用用光光源源1、光光源源的的基基本本特特性性參參數(shù)數(shù)色溫光色氣氛效果>5000K清涼(帶藍(lán)的白色)冷的氣氛3300-5000K中間(白)爽快的氣氛<3300K溫暖(帶紅的白色)穩(wěn)重的氣氛（5）光光源源的的顏顏色色一、光電儀儀器中的常常用光源1、光源的基基本特性參參數(shù)光源的顏色色包含了兩兩方面的含含義：色表表和顯色性性。用眼睛直接接觀察光源源時(shí)所看到到的顏色稱稱為光源的的色表。當(dāng)用這種光光源照射物物體時(shí)，物物體呈現(xiàn)的的顏色（也也就是物體體反射光在在人眼內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生的顏色色感覺(jué)）與與該物體在在完全輻射射體照射下下所呈現(xiàn)的的顏色的一一致性，稱稱為該光源源的顯色性性。顯色性較好好的光源，，適用于辯辯色要求較較高的場(chǎng)合合。（5）光源的顏顏色一、光電儀儀器中的常常用光源1、光源的基基本特性參參數(shù)顯色指數(shù)：：用來(lái)準(zhǔn)確確描述光源源顯色性的的一種參數(shù)數(shù)，用Ra表示。太陽(yáng)陽(yáng)光的顯色色性Ra=100(即任何物體體在太陽(yáng)光光的照射下下，該物體體具有最真真實(shí)的顏色色或質(zhì)感)。顯色性好（Ra>70）

顯色性差(Ra<65)

一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源任何物體只只要其溫度度大于絕對(duì)對(duì)零度，就就會(huì)向外界界輻射能量量，其輻射射特性與溫溫度有關(guān)。。物體靠加熱熱保持一定定溫度，使使其內(nèi)能不不變而持續(xù)續(xù)輻射的形形式稱為熱熱輻射。熱熱輻射源遵遵循有關(guān)黑黑體輻射定定律。（1）太陽(yáng)一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源（2）黑體模擬擬器一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源角度特性和和光譜特性性與理想黑黑體特性相相似的輻射射源，稱為為黑體模擬擬器。目前的黑體體模擬器最最高工作溫溫度為3000K，而實(shí)際應(yīng)應(yīng)用的大多多是2000K以下。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源將燈絲通電電加熱到白白熾狀態(tài)，，利用熱輻輻射發(fā)出可可見(jiàn)光的電電光源。結(jié)構(gòu)：普通白熾燈燈泡的主要要部件是玻玻殼和燈絲絲。玻殼一般用透明明玻璃制成成。為避免免燈絲眩光光，對(duì)玻殼殼可進(jìn)行內(nèi)內(nèi)涂覆或磨磨砂處理，，以形成光光的漫反射射。為加強(qiáng)強(qiáng)某一方向向的發(fā)光強(qiáng)強(qiáng)度，還在在玻殼上蒸蒸涂鋁反射射層。一些些特殊用途途的燈泡采采用彩色玻玻璃。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源燈絲又稱白熾體體。是燈泡泡的發(fā)光體體,常用鎢制成成單螺旋絲絲或雙螺旋旋絲。燈絲有如下下基本要求求：①熔點(diǎn)溫度度高。②蒸蒸發(fā)速率小小。③輻射射選擇性好好。④機(jī)械械加工性能能好。⑤在在高溫下能能充分定型型。⑥有較較大的電阻阻率。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源白熾燈有真真空鎢絲白白熾燈、充充氣鎢絲白白熾燈和鹵鹵鎢燈等，，光輻射由由鎢絲通電電加熱發(fā)出出的。①真空鎢絲白白熾燈的工工作溫度為為2300~2800K，光效為10lm/W。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源白熾燈有真真空鎢絲白白熾燈、充充氣鎢絲白白熾燈和鹵鹵鎢燈等，，光輻射由由鎢絲通電電加熱發(fā)出出的。①真空鎢絲白白熾燈的工工作溫度為為2300~2800K，光效為10lm/W。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源②充氣鎢絲白白熾燈由于于在燈泡中中充入和鎢鎢不發(fā)生化化學(xué)反應(yīng)的的氬、氮等等惰性氣體體，使由燈燈絲蒸發(fā)出出來(lái)的鎢原原子在和惰惰性氣體原原子碰撞時(shí)時(shí)，部分鎢鎢原子能返返回?zé)艚z。。這樣可以以有效地抑抑制鎢的蒸蒸發(fā)，從而而使白熾燈燈的工作溫溫度提高到到2700~3000K，相應(yīng)的光光效提高到到17lm/W。（3）白熾燈一、光電儀儀器中的常常用光源2、熱輻射源源③如果在燈泡泡內(nèi)充入鹵鹵鎢循環(huán)劑劑（如氯化化碘、溴化化硼等），，在一定溫溫度下可以以形成鹵鎢鎢循環(huán)，就就構(gòu)成了鹵鹵鎢燈。鹵鹵鎢燈的工工作溫度為為3200K，光效為30lm/W。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源利用氣體放放電原理制制成的光源源稱為氣體體放電光源源。制作時(shí)在燈燈中充入發(fā)發(fā)光用的氣氣體，在電電場(chǎng)作用下下激勵(lì)出電電子和離子子，氣體變變成導(dǎo)電體體。當(dāng)離子子向陰極，，電子向陽(yáng)陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，從電場(chǎng)場(chǎng)中獲得能能量，使內(nèi)內(nèi)層電子躍躍遷到高能能級(jí)，引起起原子的激激發(fā)，受激激原子回到到低能級(jí)時(shí)時(shí)就會(huì)發(fā)射射出可見(jiàn)輻輻射或紫外外輻射。這這樣的發(fā)光光機(jī)制被稱稱為氣體放放電原理。。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源氣體放電光光源的分類類：（1）按氣體放放電類型分分：輝光放放電燈、弧弧光放電燈燈、高頻放放電燈等（2）按放電時(shí)時(shí)燈內(nèi)氣體體壓強(qiáng)分：：低壓放電電燈、高壓壓放電燈和和超高壓放放電燈（3）按放電發(fā)發(fā)光物質(zhì)的的種類分：：汞燈、鈉鈉燈、各種種金屬鹵化化物燈和稀稀有氣體燈燈（4）按燈的電電極形式分分：冷陰極極氣體放電電燈、熱陰陰極氣體放放電燈和無(wú)無(wú)極氣體放放電燈一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源氣體放電光光源的特點(diǎn)點(diǎn)：（1）發(fā)光效率率高（2）結(jié)構(gòu)緊湊湊（3）壽命長(zhǎng)（4）光色適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（1）汞燈利用汞放電電時(shí)產(chǎn)生汞汞蒸氣獲得得可見(jiàn)光的的電光源。汞燈又分低低壓汞燈、、高壓汞燈燈和超高壓壓汞燈。①低壓汞燈：：低壓汞燈燈點(diǎn)燃時(shí)汞汞蒸氣壓小小于一個(gè)大大氣壓，此此時(shí)汞原子子主要輻射射波長(zhǎng)為253.7nm和185nm的紫外線。。低壓汞燈有有兩類：冷冷陰極輝光光放電燈和和熱陰極弧弧光放電燈燈。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（1）汞燈②高壓汞燈：：當(dāng)汞燈內(nèi)內(nèi)的蒸汽壓壓達(dá)到1~5大氣壓時(shí)，，汞燈電弧弧的輻射光光譜就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生明顯變變化，光譜譜線加寬，，出現(xiàn)弱的的連續(xù)光譜譜，紫外輻輻射明顯減減弱，而可可見(jiàn)輻射增增加。高壓汞燈的的發(fā)光效率率達(dá)64lm/W。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（1）汞燈③球形超高壓壓汞燈：燈燈內(nèi)汞蒸氣氣氣壓達(dá)到到10~20個(gè)大氣壓，，這樣燈的的輻射光譜譜與高壓汞汞燈相比有有明顯不同同：紫外輻輻射減少，，可見(jiàn)光輻輻射光譜線線較寬，連連續(xù)部分增增加，并且且紅外光譜譜輻射增強(qiáng)強(qiáng)。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（2）氙燈利用氙氣放放電而發(fā)光光的電光源源。高壓氙氙燈的輻射射光譜是連連續(xù)的，與與日光的光光譜能量分分布相接近近，色溫為為6000K左右，顯色色指數(shù)90以上，因此此有“小太陽(yáng)”之稱。氙燈可分為為長(zhǎng)弧氙燈燈、短弧氙氙燈和脈沖沖氙燈三種種。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（2）氙燈①長(zhǎng)弧氙燈：：當(dāng)氙燈的的電極間距距為15~130cm時(shí)稱為長(zhǎng)弧弧氙燈。它它的工作氣氣壓一般為為一個(gè)大氣氣壓，發(fā)光光效率為25~30lm/W。長(zhǎng)弧氙燈的的輻射光譜譜與日光接接近，適于于大面積照照明，也可可用作電影影攝影、彩彩色照相制制版、復(fù)印印等方面的的光源；同同時(shí)，在棉棉織物的顏顏色檢驗(yàn)、、藥物和塑塑料老化試試驗(yàn)、植物物栽培、光光化反應(yīng)等等方面，也也可作模擬擬日光和人人工老化光光源。此外外，大功率率長(zhǎng)弧氙燈燈還可作為為連續(xù)激光光光源。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（2）氙燈②短弧氙燈：：當(dāng)氙燈的的電極間距距縮短到毫毫米數(shù)量級(jí)級(jí)時(shí)稱為短短弧氙燈。。它的工作作氣壓一般般為10~20個(gè)大氣壓。。短弧氙燈燈的電弧亮亮度很高，，其陰極點(diǎn)點(diǎn)的最大亮亮度可達(dá)幾幾十萬(wàn)坎德德拉每平方方厘米，電電弧亮度在在陰極和陽(yáng)陽(yáng)極距離上上分布是很很不均勻的的。短弧氙燈常常用于電影影放映、熒熒光分光光光度計(jì)以及及模擬日光光等場(chǎng)合。。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（2）氙燈③脈沖氙燈：：脈沖氙燈燈的發(fā)光是是不連續(xù)的的，能在很很短的時(shí)間間內(nèi)發(fā)出很很強(qiáng)的光。。管內(nèi)氣壓壓均在一個(gè)個(gè)大氣壓一一下。它用用高壓電脈脈沖激發(fā)產(chǎn)產(chǎn)生光脈沖沖。脈沖氙氙燈廣泛用用作固體機(jī)機(jī)關(guān)器的光光泵、照相相制版、高高速攝影和和光信號(hào)源源等方面。。短弧氙燈常常用于電影影放映、熒熒光分光光光度計(jì)以及及模擬日光光等場(chǎng)合。。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（3）熒光燈利用熒光粉粉把低氣壓壓汞蒸氣放放電過(guò)程中中產(chǎn)生的紫紫外線轉(zhuǎn)變變成可見(jiàn)光光的電光源源。一般制制成管形。。熒光燈的的發(fā)光效率率高,發(fā)光面積大大,光線柔和,使用壽命長(zhǎng)長(zhǎng),可以使光色色近似日光光色或其他他各種光色色，是一種種良好的室室內(nèi)照明光光源。結(jié)構(gòu)熒光光燈由玻管管、電極、、汞和惰性性氣體、燈燈頭等部件件組成。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（3）熒光燈1971年,荷蘭的庫(kù)達(dá)達(dá)姆發(fā)明三三基色熒光光燈。三基基色熒光燈燈的顯色性性優(yōu)良，發(fā)發(fā)光效率也也很高。采采用稀土金金屬三基色色熒光粉制制成的熒光光燈，一般般顯色指數(shù)數(shù)Ra可超過(guò)90，發(fā)光效率率可超過(guò)901m/W，并能在相相同照度下下產(chǎn)生更明明亮的感覺(jué)覺(jué)和更舒適適的視覺(jué)效效果。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（3）熒光燈發(fā)光原理熒熒光光燈工作時(shí)時(shí)，在放電電過(guò)程中被被電場(chǎng)加速速的電子與與汞原子碰碰撞，汞原原子吸收電電子的動(dòng)能能而被激發(fā)發(fā)。激發(fā)原原子在短時(shí)時(shí)間(10-8～10-9秒)內(nèi)又回到原原來(lái)的低能能量狀態(tài)。。這時(shí)原子子由于碰撞撞而吸收的的能量以電電磁波輻射射能的形式式釋放出來(lái)來(lái)。在低氣氣壓汞蒸氣氣放電條件件下，大部部分輻射能能量集中在在波長(zhǎng)為253.7nm和185.0nm的兩條譜線線上，其中中前一條譜譜線占總輻輻射能量的的90％以上，起起主要作用用。波長(zhǎng)為為253.7nm的輻射是人人眼看不見(jiàn)見(jiàn)的紫外線線，它照射射到玻管內(nèi)內(nèi)壁的熒光光粉涂層上上后即轉(zhuǎn)變變成可見(jiàn)光光。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（4）金屬鹵化化物燈在普通照明明用高壓汞汞燈的電弧弧管內(nèi)，加加入某種金金屬鹵化物物或幾種金金屬鹵化物物的混合物物而制成的的一種氣體體放電燈。。具有發(fā)光光效率高、、色溫高、、顯色性好好等特點(diǎn)。。金屬鹵化物物燈具有光光效高(60～100流明/瓦)、光色好、、結(jié)構(gòu)緊湊湊等特點(diǎn)，，又可做成成不同色溫溫（2400～7500K）的光源,甚至通過(guò)添添加某種特特殊的金屬屬鹵化物可可制成主要要輻射紫外外、紅外或或某種特定定光譜的光光源。一、光電儀儀器中的常常用光源3、氣體放電電光源（4）金屬鹵化化物燈工作原理金金屬鹵化化物燈點(diǎn)燃燃后，放電電產(chǎn)生的熱熱量加熱了了泡殼，附附著在管壁壁內(nèi)的金屬屬鹵化物從從管壁處蒸蒸發(fā)，然后后向電弧中中心擴(kuò)散。。當(dāng)金屬鹵鹵化物分子子擴(kuò)散進(jìn)入入高溫電弧弧中心后，，鹵化物分分子在電弧弧的高溫下下分解成金金屬原子和和鹵素原子子。金屬原原子在電弧弧中受激而而發(fā)出該金金屬的特性性光譜。另另一方面，，電弧中心心的金屬原原子和鹵素素原子也向向管壁擴(kuò)散散，而管壁壁溫度遠(yuǎn)低低于電弧溫溫度。當(dāng)金金屬原子和和鹵素原子子在比較冷冷的管壁區(qū)區(qū)域相遇時(shí)時(shí)，它們將將再次化合合形成鹵化化物。鹵化化物再向電電弧中心擴(kuò)擴(kuò)散，如此此往復(fù)循環(huán)環(huán)，不斷地地向電弧提提供金屬蒸蒸氣，使燈燈不斷地輻輻射出強(qiáng)烈烈的光。6.1發(fā)光二極管管的基本工工作原理與與特性1907年首次發(fā)現(xiàn)現(xiàn)半導(dǎo)體二二極管在正正向偏置的的情況下發(fā)發(fā)光。70年代末，人人們開(kāi)始用用發(fā)光二極極管作為數(shù)數(shù)碼顯示器器和圖像顯顯示器。進(jìn)進(jìn)十年來(lái)，，發(fā)光二極極管的發(fā)光光效率及發(fā)發(fā)光光譜都都有了很大大的提高，，用發(fā)光二二極管作光光源有許多多優(yōu)點(diǎn)。6.1.1發(fā)光二極管管的發(fā)光機(jī)機(jī)理發(fā)光二極管管（即LED）是一種注注入電致發(fā)發(fā)光器件，，它由P型和N型半導(dǎo)體組組合而成。。其發(fā)光機(jī)機(jī)理常分為為PN結(jié)注入發(fā)光光與異質(zhì)結(jié)結(jié)注入發(fā)光光兩種。1.PN結(jié)注入發(fā)光光1.PN結(jié)注入發(fā)光光PN結(jié)處于平衡衡時(shí)，存在在一定的勢(shì)勢(shì)壘區(qū)，其其能帶如圖圖6-1所示。當(dāng)加加正偏壓時(shí)時(shí)，PN結(jié)區(qū)勢(shì)壘降降低，從擴(kuò)擴(kuò)散區(qū)注入入的大量非非平衡載流流子不斷地地復(fù)合發(fā)光光，并主要要發(fā)生在p區(qū)。2.異質(zhì)結(jié)注入入發(fā)光為了提高載載流子注入入效率，可可以采用異異質(zhì)結(jié)。圖圖2-13（a）表示理想想的異質(zhì)結(jié)結(jié)能帶圖。。由于p區(qū)和n區(qū)的禁帶寬寬度不相等等，當(dāng)加上上正向電壓壓時(shí)小區(qū)的的勢(shì)壘降低低，兩區(qū)的的價(jià)帶幾乎乎相同，空空穴就不斷斷向n區(qū)擴(kuò)散。對(duì)n區(qū)電子，勢(shì)勢(shì)壘仍然較較高，不能能注入p區(qū)。這樣，禁帶帶寬的p區(qū)成為注入入源，禁帶帶窄的n區(qū)成為載流流子復(fù)合發(fā)發(fā)光的發(fā)光光區(qū)（圖2-13（b））。例如如，禁帶寬寬EG2=1.32eV的p-GaAs與禁帶寬EG1＝0.7eVp-GaAs與禁帶寬EG1＝0.7eV的n-GaSb組成異質(zhì)結(jié)結(jié)后，n-GaAs的空穴注入入n-GaAs區(qū)復(fù)合發(fā)光光。由于n區(qū)所發(fā)射的的光子能量量hv比EG2小得多，它它進(jìn)入p區(qū)不會(huì)引起本本征吸收而直直接透射出去去。6.1.2基本結(jié)構(gòu)1.面發(fā)光二極管管圖6-3所示為波長(zhǎng)0.8～0.9μm的雙異質(zhì)結(jié)GaAs／AIGaAs面發(fā)光型LED的結(jié)構(gòu)。它的的有源發(fā)光區(qū)區(qū)是圓形平面面，直徑約為為50μm，厚度小于2.5μm。一段光纖(尾纖)穿過(guò)襯底上的的小圓孔與有有源發(fā)光區(qū)平平面正垂直接接入，周?chē)糜谜澈喜牧霞蛹庸?，用以接收有源源發(fā)光區(qū)平面面射出的光，，光從尾纖輸輸出。有源發(fā)發(fā)光區(qū)光束的的水平、垂直直發(fā)散角均為為120°。2.邊發(fā)光二極管管圖6-4所示為波長(zhǎng)1.3μm的雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP／InP邊發(fā)光型LED的結(jié)構(gòu)。它的的核心部分是是一個(gè)N型AIGaAs有源層，及其兩邊的P型AIGaAs和N型AIGaAs導(dǎo)光層(限制層)。導(dǎo)光層的折折射率比有源源層低，比周周?chē)渌牧狭系恼凵渎矢吒?，從而?gòu)成成以有源層為為芯層的光波波導(dǎo)，有源層層產(chǎn)生的光輻輻射從其端面面射出。為了和光纖的的纖芯尺寸相相配合，有源源層射出光的的端面寬度通通常為50～70μm，長(zhǎng)度為100～150μm。邊發(fā)光LED的方向性比面面發(fā)光器件要要好，其發(fā)散散角水平方向向?yàn)?5°～35°，垂直方向?yàn)闉?20°。6.1.3LED的特性參數(shù)1.發(fā)光光譜和發(fā)發(fā)光效率LED的發(fā)光光譜指指LED發(fā)出光的相對(duì)對(duì)強(qiáng)度(或能量)隨波長(zhǎng)(或頻率)變化的分布曲曲線。它直接接決定著發(fā)光光二極管的發(fā)發(fā)光顏色，并并影響它的發(fā)發(fā)光效率。發(fā)發(fā)射光譜的形形成由材料的的種類、性質(zhì)質(zhì)以及發(fā)光中中心的結(jié)構(gòu)決決定的，而與與器件的幾何何形狀和封裝裝方式無(wú)關(guān)。。描述光譜分分布的兩個(gè)主主要參量是它的峰值波波長(zhǎng)和發(fā)光強(qiáng)強(qiáng)度的半寬度度。對(duì)于輻射射躍遷所發(fā)射射的光子，其其波長(zhǎng)λ與躍遷前后的的能量差ΔE之間的關(guān)系為為λ＝hc／ΔE。復(fù)合躍遷前前后的能量差差大體就是材材料的禁帶寬寬Eg。因此，峰值值波長(zhǎng)由材料料的禁帶寬度度決定。例如GsAs的峰值波長(zhǎng)出出現(xiàn)在1.1eV，比室溫下的的禁帶寬度少少0.3eV。圖6-5給出了GaAs0.6Po.4和GaP的發(fā)射光譜。。當(dāng)GaAs1—xPx中的x值不同時(shí)，峰峰值波長(zhǎng)在620～680nm之間變化，譜譜線半寬度大大致為20～30nm。GaP發(fā)紅光的峰值值波長(zhǎng)在700nm附近，半寬度度大約為100nm。峰值光子的能能量還與溫度度有關(guān)，它隨隨溫度的增加加而減少。在在結(jié)溫上升時(shí)時(shí)，譜帶波長(zhǎng)長(zhǎng)以0.2~0.3nm/℃的比例向長(zhǎng)波波方向移動(dòng)。。發(fā)光二極管發(fā)發(fā)射的光通量量與輸人電能能之比表示發(fā)發(fā)光效率，單單位lm/W；也有人把光光強(qiáng)度與注入入電流之比稱稱為發(fā)光效率率，單位為cd／A（坎/安）。GaAs紅外發(fā)光二極極管的發(fā)光效效率由輸出輻輻射功率與輸輸入電功率的的百分比表示示。發(fā)光效率由內(nèi)內(nèi)部量子效率率與外部量子子效率決定。。內(nèi)部量子效效率在平衡時(shí)時(shí)，電子-空穴對(duì)的激發(fā)發(fā)率等于非平平衡載流子的的復(fù)合率（包包括輻射復(fù)合合和無(wú)輻射復(fù)復(fù)合），而復(fù)復(fù)合率又分別別決定于載流流子壽命τr和τrn，其中輻射復(fù)復(fù)合率與1/τr成正比，無(wú)輻輻射復(fù)合率為為1/τrn，內(nèi)部量子效效率為（6-1）式中，neo為每秒發(fā)射出出的光子數(shù),ni為每秒注入到到器件的電子子數(shù),τr是輻射復(fù)合的的載流子壽命命,τrn是無(wú)輻射復(fù)合合的載流子壽壽命。由式中中可以看出，，只有τrn＞＞τr，才能獲得有有效的光子發(fā)發(fā)射。必須指出，輻輻射復(fù)合發(fā)光光的光子并不不是全部都能能離開(kāi)晶體向向外發(fā)射。光光子通過(guò)半導(dǎo)導(dǎo)體有一部分分被吸收，有有一部分到達(dá)達(dá)界面后因高高折射率（折折射系統(tǒng)的折折射系數(shù)約為為3～4）產(chǎn)生全反射射而返回晶體體內(nèi)部后被吸吸收，只有一一部分發(fā)射出出去。因此，，將單位時(shí)間間發(fā)射到外部部的光子數(shù)nex除以單位時(shí)間間內(nèi)注入到器器件的電子-空穴對(duì)數(shù)nin定義為外部量量子效率ηex，即(6-2)對(duì)GaAs這類直接帶隙隙半導(dǎo)體，ηin可接近100％。但ηex很小，如CaP[Zn-O]紅光發(fā)射效率率ηev很小，最高為為15％；發(fā)綠光的的GaP[N]的ηev約為0.7％；對(duì)發(fā)紅光光的GaAs0.6P0.4，其ηex約為0.4％；對(duì)發(fā)紅外外光的In0.32Ga0.68P[Te，Zn]的ηev約為0.1％。2.時(shí)間響應(yīng)特性性與溫度特性性提高外部量子子效率的措施施有三條：①用比空氣折折射率高的透透明物質(zhì)如環(huán)環(huán)氧樹(shù)脂（n2=1.55）涂敷在發(fā)光光二極管上；；②把晶體表面面加工成半球球形；③用禁帶較寬寬的晶體作為為襯底，以減減少晶體對(duì)光光吸收。發(fā)光二極管的的時(shí)間響應(yīng)快快，短于1μs，比人眼的時(shí)時(shí)間響應(yīng)要快快得多，但用用作光信號(hào)傳傳遞時(shí)，響應(yīng)應(yīng)時(shí)間又顯得得太長(zhǎng)。發(fā)光光二極管的響響應(yīng)時(shí)間取決決于注入載流流子非發(fā)光復(fù)復(fù)合的壽命和和發(fā)光能級(jí)上上躍遷的幾率率。通常發(fā)光二極極管的外部發(fā)發(fā)光效率均隨隨溫度上升而而下降。圖6-6表示GaP（綠色）、GaP（紅色）、GaAsP三種發(fā)光二極極管的相對(duì)光光亮度Le,λ,r與溫度t的關(guān)系曲線。。3.發(fā)光亮度與電電流的關(guān)系發(fā)光二極管的的發(fā)光亮度L是單位面積發(fā)發(fā)光強(qiáng)度的量量度。在輻射射發(fā)光發(fā)生在在P區(qū)的情況下，，發(fā)光亮度L與電子擴(kuò)散電電流idn之間的關(guān)系為為(6-3)式中，τ是載流子輻射射復(fù)合壽命τR和非輻射復(fù)合合壽命τNR的函數(shù)如圖6-7所示為GaAsl—xPx、Gal—xAlxAs和GaP(綠色)發(fā)光二極管的的發(fā)光亮度與與電流密度的的關(guān)系曲線。。這些LED的亮度與電流流密度近似成成線性關(guān)系，，且在很大范范圍內(nèi)不易飽飽和。4.最大工作電流流在低工作電流流下，發(fā)光二二極管發(fā)光效效率隨電流的的增加而明顯顯增加，但電電流增加到一一定值時(shí)，發(fā)發(fā)光效率不再再增加；相反反，發(fā)光效率率隨工作電流流的繼續(xù)增加加而降低。圖圖6-8表示發(fā)紅光的的GaP發(fā)光二極管內(nèi)內(nèi)量子效率ηin的相對(duì)值與電電流密度J及溫度T間的關(guān)系。隨隨著發(fā)光管電電流密度的增增加，pn結(jié)的溫度升高高，將導(dǎo)致熱熱擴(kuò)散，使發(fā)發(fā)光效率降低低。因此，最大工工作電流密度度應(yīng)低于最大大發(fā)射效率的的電流密度值值。若發(fā)光二二極管的最大大容許功耗為為Pmax，則發(fā)光管最最大容許的工工作電流為（6-4）式中，rd為發(fā)光二極管管的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻阻；If、Uf均為發(fā)光二極極管在較小工工作電流時(shí)的的電流和正向向壓降。5.伏安特性發(fā)光二極管的的伏安特性如如圖6-9所示，它與普普通二極管的的伏安特性大大致相同。電電壓小于開(kāi)啟啟點(diǎn)的電壓值值時(shí)無(wú)電流，，電壓一超過(guò)過(guò)開(kāi)啟點(diǎn)就顯顯示出歐姆導(dǎo)導(dǎo)通特性。這這時(shí)正向電流流與電壓的關(guān)關(guān)系為i＝ioexp(eV/mkT)(6-5)式中，，m為復(fù)合合因子子。在在較寬寬禁帶帶的半半導(dǎo)體體中，，當(dāng)電電流i<0.1mA時(shí)，通通過(guò)結(jié)結(jié)內(nèi)深深能級(jí)級(jí)進(jìn)行行復(fù)合合的空空間復(fù)復(fù)合電電流起起支配配作用用，這這時(shí)m＝2。電流流增大大后，，擴(kuò)散散電流流占優(yōu)優(yōu)勢(shì)時(shí)時(shí)，m＝1。因而而實(shí)際際測(cè)得得的m值大小小可以以標(biāo)志志器件件發(fā)光光特性性的好好壞。。6.壽命發(fā)光二二極管管的壽壽命定定義為為亮度度降低低到原原有亮亮度一一半時(shí)時(shí)所經(jīng)經(jīng)歷的的時(shí)間間。二二極管管的壽壽命一一般都都很長(zhǎng)長(zhǎng)，在在電流流密度度小于于lA/cm2時(shí)，一一般可可達(dá)106h，最長(zhǎng)長(zhǎng)可達(dá)達(dá)109h。隨隨著著工工作作時(shí)時(shí)間間的的加加長(zhǎng)長(zhǎng)，，亮亮度度下下降降的的現(xiàn)現(xiàn)象象叫叫老老化化。。老老化化的的快快慢慢與與工工作作電電流流密密度度有有關(guān)關(guān)。。隨隨著著電電流流密密度度的的加加大大，，老老化化變變快快，，壽壽命命變變短短。。7.響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間在快快速速顯顯示示時(shí)時(shí)，，標(biāo)標(biāo)志志器器件件對(duì)對(duì)信信息息反反應(yīng)應(yīng)速速度度的的物物理理量量叫叫響響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間，，即即指指器器件件啟啟亮亮(上升升)與熄熄滅滅(衰減減)時(shí)間間的的延延遲遲。。實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明明，，二二極極管管的的上上升升時(shí)時(shí)間間隨隨電電流流的的增增加加而而近近似似呈呈指指數(shù)數(shù)衰衰減減。。它它的的響響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間一一般般是是很很短短的的，，如如GaAs1-xPx僅為為幾幾個(gè)個(gè)ns，GaP約為為100ns。在在用用脈脈沖沖電電流流驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)二二極極管管時(shí)時(shí)，，脈脈沖沖的的間間隔隔和和占占空空因因數(shù)數(shù)必必須須在在器器件件響響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間所所許許可可的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)。。6.1.4驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路發(fā)光光二二極極管管工工作作需需要要施施加加正正向向偏偏置置電電壓壓，，以以提提供供驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流。。典典型型的的驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路如如圖圖6-10所示示，，將將LED接入入到到晶晶體體三三極極管管的的集集電電極極，，通通過(guò)過(guò)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)三三極極管管基基極極偏偏置置電電壓壓，，可可獲獲得得需需求求的的輻輻射射光光功功率率。。在在光光通通信信中中以以LED為光光源源的的場(chǎng)場(chǎng)合合，，需需要要對(duì)對(duì)LED進(jìn)行行調(diào)調(diào)制制，，則則調(diào)調(diào)制制信信號(hào)號(hào)通通過(guò)過(guò)電電容容耦耦合合到到基基極極，，輸輸出出光光功功率率則則被被電電信信號(hào)號(hào)所所調(diào)調(diào)制制。。6.2發(fā)光光二二極極管管的的應(yīng)應(yīng)用用6.2.1數(shù)字字、、文文字字及及圖圖像像顯顯示示6.2.2指示示、、照照明明6.2.3光電電開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)、、報(bào)報(bào)警警、、遙遙控控、、耦耦合合6.2.4光源源思考考題題與與習(xí)習(xí)題題66.1為什什么么說(shuō)說(shuō)發(fā)發(fā)光光二二極極管管的的發(fā)發(fā)光光區(qū)區(qū)在在PN結(jié)的的P區(qū)？？這這與與電電子子、、孔孔穴穴的的遷遷移移率率有有關(guān)關(guān)嗎嗎？？6.2為什什么么發(fā)發(fā)光光二二極極管管必必須須在在正正向向電電壓壓作作用用下下才才能能發(fā)發(fā)光光？？反反向向偏偏置置的的發(fā)發(fā)光光二二極極管管能能發(fā)發(fā)光光嗎嗎？？6.4光電電耦耦合合器器件件6.4.1光電電耦耦合合器器件件的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與電電路路符符號(hào)號(hào)將發(fā)發(fā)光光器器件件與與光光電電接接收收器器件件組組合合成成一一體體，，制制成成具具有有信信號(hào)號(hào)傳傳輸輸功功能能的的器器件件稱稱為為光光電電耦耦合合器器件件。。光光電電耦耦合合器器件件的的發(fā)發(fā)光光件件常常用用LED發(fā)光光二二極極管管、、LD半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光器器和和微微形形鎢鎢絲絲燈燈等等。。光光電電接接收收器器件件常常用用光光電電二二極極管管、、光光電電三三極極管管、、光光電電池池及及光光敏敏電電阻阻等等。。由由于于光光電電耦耦合合器器件件的的發(fā)發(fā)送送端端與與接接收收端端是是電電、、磁磁絕絕緣緣的的，，只只有有光光信信息息相相連連。。因因此此，，在在實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中它它具具有有許許多多特特點(diǎn)點(diǎn)，，成成為為重重要要的的器器件件。。用來(lái)來(lái)制制造造光光電電耦耦合合器器件件的的發(fā)發(fā)光光元元件件與與光光電電接接收收元元件件的的種種類類都都很很多多，，因因而而它它具具有有多多種種類類型型和和多多種種封封裝裝形形式式。。本本節(jié)節(jié)僅僅介介紹紹幾幾種種常常見(jiàn)見(jiàn)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。1.光電耦合合器件的的結(jié)構(gòu)光電耦合合器件的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖6-28所示，圖圖6-28（a）為發(fā)光光器件（（發(fā)光二二極管））與光電電接收器器件（光光電二極極管或光光電三極極管等））被封裝裝在黑色色樹(shù)脂外外殼內(nèi)構(gòu)構(gòu)成光電電耦合器器件。圖圖6-28（b）者將發(fā)發(fā)光器件件與光電電器件封封裝在金金屬管殼殼內(nèi)構(gòu)成成的光電電耦合器器件。使使發(fā)光器器件與光光電接收收器件靠靠得很近近，但不不接觸。。光電耦合合器件的的電路符符號(hào)如圖圖6-29所示，圖圖中的發(fā)發(fā)光二極極管泛指指一切發(fā)發(fā)光器件件，圖中中的光電電二極管管也泛指指一切光光電接收收器件。。圖6-30所示為幾幾種不同同封裝的的光電耦耦合器，，圖中（（a）、（b）、（c）分別為為三種不不同安裝裝方式光光電發(fā)射射器件與與光電接接收器件件分別安安裝器件件的兩臂臂上，分分離尺寸寸一般在在4~12mm，分開(kāi)的的目的是是要檢測(cè)測(cè)兩臂間間是否存存在物體體，以及及物體的的運(yùn)動(dòng)速速度等參參數(shù)。這這中封裝裝的器件件常被稱稱為光電電開(kāi)關(guān)。。圖中（d）反光型型光電耦耦合器，，LED和光電二二極管封封裝在一一個(gè)殼體體內(nèi)，兩兩者發(fā)射射光軸同同接收光光軸夾一一銳角，，LED發(fā)出的光光被測(cè)物物體反射射，并被被光電二二極管接接收，構(gòu)構(gòu)成反光光型光電電耦合器器。圖中（e）為另一一種反光光型光電電耦合器器，LED和光電二二極管平平行封裝裝在一個(gè)個(gè)殼體內(nèi)內(nèi)，LED發(fā)出的光光可以在在較遠(yuǎn)的的位置上上放置的的器件反反射到光光電二極極管的光光敏面上上。顯然然，這種種反光型型光電耦耦合器要要比成銳銳角的耦耦合器作作用距離離遠(yuǎn)。圖中（f）DIP封裝形式式的光電電耦合器器件。這這種封裝裝形式的的器件有有多種，，可將幾幾組光電電耦合器器封裝在在一片DIP中，用作作多路信信號(hào)隔離離傳輸。。3.光電耦合合器件的的特點(diǎn)⑴具有電隔隔離的功功能它的輸入入、輸出出信號(hào)間間完全沒(méi)沒(méi)有電路路的聯(lián)系系，所以以輸入和和輸出回回路的電電子零位位可以任任意選擇擇。絕緣緣電阻高高達(dá)1010~l012Ω，擊穿電電壓高達(dá)達(dá)100~25kV，耦合電電容小于于1PF。⑵信號(hào)傳輸輸方式信號(hào)傳輸輸是單向向性的，，不論脈脈沖、直直流都可可以使用用。適用用于模擬擬信號(hào)和和數(shù)字信信號(hào)。⑶具有抗干干擾和噪噪聲的能能力它作為繼繼電器和和變壓器器使用時(shí)時(shí)，可以以使線路路板上看看不到磁磁性元件件。它不不受外界界電磁干干擾、電電源干擾擾和雜光光影響。。⑷響應(yīng)速度度快⑹即具有耦耦合特性性又具有有隔離特特性它能很容容易地把把不同電電位的兩兩組電路路互連起起來(lái)，圓圓滿地完完成電平平匹配、、電平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移等功功能；一般可達(dá)達(dá)微秒數(shù)數(shù)量級(jí)，，甚至納納秒數(shù)量量級(jí)。它它可傳輸輸?shù)男盘?hào)號(hào)頻率在在直流至至10MHz之間。⑸實(shí)用性強(qiáng)強(qiáng)具有一般般固體器器件的可可靠性，，體積小小(一般φ6×6mm)，重量輕輕，抗震震，密封封防水，，性能穩(wěn)穩(wěn)定，耗耗電省，，成本低低，工作作溫度范范圍在－－55~+l00℃之間。6.4.2光電耦合合器件的的特性參參數(shù)光電耦合合器件的的主要特特性為隔隔離特性性與傳輸輸特性。。1.傳輸特性性光電耦合合器件的的傳輸特特性就是是輸入與與輸出間間的特性性，它用用下列幾幾個(gè)性能能參數(shù)來(lái)來(lái)描述。。（1）電流傳傳輸比β在直流工工作狀態(tài)態(tài)下，光光電耦合合器件的的集電極極電流Ic與發(fā)光二二極管的的注入電電流IF之比定義義為光電電耦合器器件的電電流傳輸輸比，用用β表示。如如圖6-31所示為光光電耦合合器件的的輸出特特性曲線線，在其其中部取取一工作作點(diǎn)Q，它所對(duì)對(duì)應(yīng)的發(fā)發(fā)光電流流為IFQ，對(duì)應(yīng)的的集電極極電流為為ICQ，因此該點(diǎn)點(diǎn)的電流流傳輸比比為βQ=ICQ/IFQ╳100%（6-19）如果工作作點(diǎn)選在在靠近截截止區(qū)的的Q1點(diǎn)時(shí)，雖雖然發(fā)光光電流IF變化了ΔIF，但相應(yīng)應(yīng)的ΔIC1，變化量量卻很小小。這樣樣，β值很明顯顯地要變變小。同同理，當(dāng)當(dāng)工作點(diǎn)點(diǎn)選在接接近飽和和區(qū)Q3點(diǎn)時(shí)，β值也要變變小。這這說(shuō)明工工作點(diǎn)選選擇在輸輸出特性性的不同同位置時(shí)時(shí)，就具具有不同同的β值。因此，在在傳送小小信號(hào)時(shí)時(shí)，用直直流傳輸輸比是不不恰當(dāng)?shù)牡?，而?yīng)應(yīng)當(dāng)用所所選工作作點(diǎn)Q處的小信信號(hào)電流流傳輸比比來(lái)計(jì)算算。這種種以微小小變量定定義的傳傳輸比稱稱為交流流電流傳傳輸比。。用β來(lái)表示。。即β=ΔIc/ΔIF╳100%(6-20)對(duì)于輸出出特性線線性度做做得比較較好的光光電耦合合器件，，β值很接近近值。在在一般的的線性狀狀態(tài)使用用中，都都盡可能能地把工工作點(diǎn)設(shè)設(shè)計(jì)在線線性工作作區(qū)；對(duì)對(duì)于開(kāi)關(guān)關(guān)使用狀狀態(tài)，由由于不關(guān)關(guān)心交流流與直流流電流傳傳輸比的的差別，，而且在在實(shí)際使使用中直直流傳輸輸比又便便于測(cè)量量，因此此通常都都采用直直流電流流傳輸比比β。光電耦合合器件的的電流傳傳輸比與與三極管管的電流流放大倍倍數(shù)都是是輸出與與輸入電電流之比比值，但但有本質(zhì)質(zhì)的差別別。光電電耦合器器件內(nèi)的的輸入電電流使發(fā)發(fā)光二極極管發(fā)光光，光電電耦合器器件的輸輸出電流流是光電電接收器器件（光光電二極極管或光光電三極極管）接接收到的的光產(chǎn)生生的光電電流，可可用αIF表示，其其中α與發(fā)光二二極管的的發(fā)光效效率、光光敏三極極管的增增益及二二者之間間距離等等參數(shù)有有關(guān)的系系數(shù)，通通常稱為為光激發(fā)發(fā)效率。。圖6-32所示為光光電耦合合器件的的電流傳傳輸比β隨發(fā)光電電流IF的變化曲曲線。在在IF較小時(shí)，，耦合器器件的光光電接收收器件處處于截止止區(qū)，因因此β值較?。?；當(dāng)IF變大后，，光電接接收器件件處于線線性工作作狀態(tài)，，β值將隨IF增加，而而后，IF再增大，，β反而會(huì)變變小，因因?yàn)榘l(fā)光光二極管管發(fā)出的的光不總總與電流流成正比比。圖6-33是β隨環(huán)境溫溫度的變變化曲線線。(2)輸入與輸輸出間的的寄生電電容CFC這是是輸輸入入與與輸輸出出端端之之間間的的寄寄生生電電容容。。當(dāng)當(dāng)CFC變大大時(shí)時(shí)，，會(huì)會(huì)使使光光電電耦耦合合器器件件的的工工作作頻頻率率下下降降，，也也能能使使其其共共模模抑抑制制比比CMRR下降降，，故故后后面面的的系系統(tǒng)統(tǒng)噪噪音音容容易易反反饋饋到到前前面面系系統(tǒng)統(tǒng)中中。。對(duì)對(duì)于于一一般般的的光光電電耦耦合合器器件件，，其其CFC僅僅僅為為幾幾個(gè)個(gè)pF，一一般般在在中中頻頻范范圍圍內(nèi)內(nèi)都都不不會(huì)會(huì)影影響響電電路路的的正正常常工工作作，，但但在在高高頻頻電電路路中中就就要要予予以以重重視視了了。。(3)最高高工工作作頻頻率率fm頻率率特特性性分分別別取取決決于于發(fā)發(fā)光光器器件件與與光光電電接接收收器器件件的的頻頻率率特特性性，，由由發(fā)發(fā)光光二二極極管管與與光光電電二二極極管管組組成成的的光光電電耦耦合合器器件件的的頻頻率率響響應(yīng)應(yīng)最最高高，，最最高高工工作作頻頻率率fm接近近于于10MHz，其其他他組組合合的的頻頻率率響響應(yīng)應(yīng)相相應(yīng)應(yīng)降降低低。。圖6-35示出出了了一一個(gè)個(gè)光光電電耦耦合合器器件件的的頻頻率率曲曲線線。。圖中中RC為光光電電耦耦合合器器的的負(fù)負(fù)載載電電阻阻，，顯顯然然，，最最高高工工作作頻頻率率fm與負(fù)負(fù)載載電阻阻值值有有關(guān)關(guān)。。減減小小負(fù)負(fù)載載電電阻阻會(huì)會(huì)使使光光電電耦耦合合器器件件的的最最高高工工作作頻頻率率fM增高高。。（4）脈脈沖沖上上升升時(shí)時(shí)間間tr和下下降降時(shí)時(shí)間間tf光電電耦耦合合器器在在脈脈沖沖電電壓壓信信號(hào)號(hào)的的作作用用下下的的時(shí)時(shí)間間響響應(yīng)應(yīng)特特性性用用輸輸出出端端的的上上升升時(shí)時(shí)間間tr和下下降降時(shí)時(shí)間間tf描述述。。如如圖圖6-36所示示為為典典型型光光電電耦耦合合器器件件的的脈脈沖沖響響應(yīng)應(yīng)特特性性曲曲線線。。2.隔離離特特性性(1)輸入入與與輸輸出出間間隔隔離離電電壓壓BVCFO光電電耦耦合合器器的的輸輸入入（（發(fā)發(fā)光光器器件件））與與輸輸出出（（光光電電接接收收器器件件））的的隔隔離離特特性性可可用用它它們們之之間間的的隔隔離離電電壓壓BVCFO來(lái)描描素素。。一一般般低低壓壓使使用用時(shí)時(shí)隔隔離離特特性性都都能能滿滿足足要要求求，，在在高高壓壓使使用用時(shí)時(shí)，，隔隔離離電電壓壓成成為為重重要要的的參參數(shù)數(shù)。。已已經(jīng)經(jīng)可可以以制制造造出出用用于于高高壓壓隔隔離離應(yīng)應(yīng)用用的的耐耐壓壓高高達(dá)達(dá)幾幾千千伏伏或或上上萬(wàn)萬(wàn)伏伏的的光光電電耦耦合合器器件件。。(2)輸入入與與輸輸出出間間的的絕絕緣緣電電阻阻RFC光電電耦耦合合器器隔隔離離特特性性另另一一種種描描述述方方式式是是絕絕緣緣電電阻阻。。光光電電耦耦合合器器的的隔隔離離電電阻阻一一般般在在1091013Ω之間間。。它它與與耐耐壓壓密密切切相相關(guān)關(guān)，，它它與與β的關(guān)關(guān)系系和和耐耐壓壓與與β的關(guān)關(guān)系系一一樣樣。。~3.光電電耦耦合合器器件件的的抗抗干干擾擾特特性性(1)光電電耦耦合合器器件件抗抗干干擾擾強(qiáng)強(qiáng)的的原原因因①光光電電耦耦合合器器件件的的輸輸入入阻阻抗抗很很低低，，一一般般為為10ΩΩ~1kΩΩ；而而干干擾擾源源的的內(nèi)內(nèi)阻阻很很大大，，為為103~106Ω。按按分分壓壓比比計(jì)計(jì)算算，，能能夠夠饋饋送送到到光光電電耦耦合合器器件件輸輸入入端端的的干干擾擾噪噪聲聲變變得得很很小小。。②由由于于干干擾擾噪噪聲聲源源的的內(nèi)內(nèi)阻阻很很大大，，干干擾擾電電壓壓供供出出的的能能量量卻卻很很小小，，只只能能形形成成很很弱弱的的電電流流。。而而發(fā)發(fā)光光二二極極管管只只有有在在通通過(guò)過(guò)一一定定的的電電流流時(shí)時(shí)才才能能發(fā)發(fā)光光。。因因此此，，被被它它抑抑制制掉掉。。③光光電電耦耦合合器器件件的的輸輸入入、、輸輸出出是是用用光光耦耦合合的的，，且且被被密密封封在在管管殼殼內(nèi)內(nèi)，，不不會(huì)會(huì)受受到到外外界界光光的的干干擾擾。。④光光電電耦耦合合器器件件的的輸輸入入、輸出出間間寄寄生生電電容容很很小小(為0.5~2pF)，絕絕緣緣電電阻阻大大(為1011~1013Ω)，因因而而輸輸出出系系統(tǒng)統(tǒng)的的各各種種干干擾擾噪噪音音很很難難通通過(guò)過(guò)光光電電耦耦合合器器件件反反饋饋到到輸輸入入系系統(tǒng)統(tǒng)。。(2)光電電耦耦合合器器件件抑抑制制干干擾擾噪噪聲聲電電平平的的估估算算在向向光光電電耦耦合合器器輸輸送送信信息息(例如如矩矩形形脈脈沖沖信信號(hào)號(hào))的同同時(shí)時(shí)，，不不可可避避免免地地進(jìn)進(jìn)入入干干擾擾信信號(hào)號(hào)。。這這些些干干擾擾信信號(hào)號(hào)由由系系統(tǒng)統(tǒng)自自身身產(chǎn)產(chǎn)生生的的干干擾擾、、電電源源脈脈動(dòng)動(dòng)干干擾擾、、外外界界電電火火花花干干擾擾以以及及繼繼電電器器釋釋放放所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的反反電電勢(shì)勢(shì)的的泄泄放放干干擾擾等等。。干干擾擾信信號(hào)號(hào)包包含含各各種種白白噪噪聲聲和和各各種種頻頻率率的的尖尖脈脈沖沖，，其中以繼電器器等電磁電器器的開(kāi)關(guān)干擾擾最為嚴(yán)重。。這些干擾信信號(hào)的波形如如圖6-37（a）所示