光導(dǎo)探測(cè)器-光敏電阻

4.4光電導(dǎo)探測(cè)器——光敏電阻

要求:了解光敏電阻的原理和結(jié)構(gòu)

熟悉光敏電阻的特性

熟悉光敏電阻的特點(diǎn)

知道光敏電阻的使用注意事項(xiàng)4.4.0光電導(dǎo)探測(cè)器光電導(dǎo)探測(cè)器利用光電導(dǎo)效應(yīng)原理工作的探測(cè)器。光電導(dǎo)效應(yīng)為半導(dǎo)體材料的體效應(yīng)，無(wú)須pn結(jié)，故又稱(chēng)為無(wú)結(jié)光電探測(cè)器原理基于光電導(dǎo)效應(yīng)，該器件在光照下會(huì)改變自身的電阻率；光照越強(qiáng)，其電阻越小，因此又稱(chēng)為光敏電阻或光導(dǎo)管。適用性本征型，常溫下工作，可用來(lái)檢測(cè)可見(jiàn)光和近紅外輻射非本征型，在低溫下工作，可以檢測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的輻射在儀器儀表、光電控制和光電制導(dǎo)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。4.4.1光電轉(zhuǎn)換原理以非本征N型材料為例進(jìn)行分析，如圖M>1說(shuō)明雖然載流子已經(jīng)渡越完畢，但載流子的平均壽命還未終止?？衫斫鉃殡娮拥竭_(dá)陽(yáng)極消失時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的空穴仍存在，可以吸引其它電子使電子向陽(yáng)極移動(dòng)。有效量子效率電荷放大系數(shù)光電流內(nèi)增益4.4.1光電轉(zhuǎn)換原理結(jié)構(gòu)它由一塊涂在絕緣基底上的光電導(dǎo)材料薄膜和兩端接有兩個(gè)引線的電極構(gòu)成，整體封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。電極和光電導(dǎo)體之間呈歐姆接觸。光敏電阻在電路中的符號(hào)4.4.2工作特性對(duì)各種光響應(yīng)靈敏度隨入射光波長(zhǎng)變化而變化的特性；通常用光譜響應(yīng)曲線、光譜響應(yīng)范圍和峰值響應(yīng)波長(zhǎng)來(lái)描述；峰值波長(zhǎng)取決于光敏材料的禁帶寬度：由于雜質(zhì)和晶格缺陷的存在，光譜響應(yīng)相對(duì)截止波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向擴(kuò)展；又由于光敏材料對(duì)短波長(zhǎng)光的吸收系數(shù)高，表面層載流子濃度很高，使得復(fù)合速度也變快，于是對(duì)短波長(zhǎng)光的靈敏度降低，所以總有一定的響應(yīng)范圍。光敏電阻的性能包括光譜響應(yīng)特性、照度伏安特性、頻率響應(yīng)和溫度特性等。1.光譜響應(yīng)特性4.4.2工作特性利用半導(dǎo)體摻雜等技術(shù)可以改善光敏電阻的光譜響應(yīng)范圍和峰值響應(yīng)波長(zhǎng)，從而滿足特殊需求；光譜響應(yīng)曲線1.光譜響應(yīng)特性波長(zhǎng)/nm相對(duì)靈敏度4.4.2工作特性光敏電阻的光照特性呈非線性關(guān)系：在低偏壓（幾伏~幾十伏），弱光照（0.1lx~1000lx）條件下，照度特性和伏安特性都認(rèn)為是線性的。2.光照特性和伏安特性：電壓指數(shù)，一般在1.0~1.2之間：照度指數(shù)，在0.5~1之間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狀態(tài)越大越好4.4.2工作特性伏安特性高頻時(shí)，光敏電阻的電容效應(yīng)不能忽略（因?yàn)闉榱颂岣唠娏髟鲆?，往往減小電極間距離，卻使電容增大)，該效應(yīng)使得響應(yīng)時(shí)間增大，響應(yīng)頻率減?。黄秒妷旱倪x取應(yīng)使得光敏電阻的消耗功率小于允許的最大耗散功率，否則將損壞。2.光照特性和伏安特性匹配工作狀態(tài)4.4.2工作特性光敏電阻受光照和被遮光后，回路電流并不立即增大或減小，而是有一響應(yīng)時(shí)間。3.時(shí)間響應(yīng)特性與光照度、所加電壓、負(fù)載電阻及前厲時(shí)間等有關(guān)；使用中，應(yīng)盡量提高照明度，降低所加電壓、施加適當(dāng)偏置光照，來(lái)提高時(shí)間響應(yīng)特性。4.4.2工作特性指光敏電阻的時(shí)間特性與工作前“歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)象。即測(cè)試前光敏電阻所處狀態(tài)對(duì)光敏電阻特性的影響。4.前歷效應(yīng)暗態(tài)前歷效應(yīng)：

1-黑暗放置3分鐘后

2-黑暗放置60分鐘后

3-黑暗放置24小時(shí)后亮態(tài)前歷效應(yīng)：4.4.2工作特性光敏電阻的阻值隨溫度變化，但溫度穩(wěn)定性在中等光照時(shí)較好。如CdS光敏電阻的溫度系數(shù)在10lx照度時(shí)為零，照度高于10lx時(shí)，溫度系數(shù)為正，小于10lx時(shí)，溫度系數(shù)為負(fù)。在低溫環(huán)境下（零下），光敏電阻的響應(yīng)速度變慢；如在-30oC時(shí)的響應(yīng)速度是20oC時(shí)的20倍。光敏電阻的允許功耗，隨環(huán)境溫度升高而降低。5.穩(wěn)定特性4.4.2工作特性主要為熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、1/f噪聲；噪聲與頻率的關(guān)系：減小噪聲的措施：紅外：減小溫漂，使信號(hào)放大，可調(diào)制較高的f;制冷，降低熱噪聲；選擇恰當(dāng)?shù)钠秒娐罚岣咝旁氡取?.噪聲特性4.4.3光敏電阻的特點(diǎn)靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于1，工作電流大，無(wú)極性之分；光譜響應(yīng)范圍寬，尤其對(duì)紅外有較高的靈敏度；所測(cè)光強(qiáng)范圍寬，可測(cè)強(qiáng)光、弱光。1.優(yōu)點(diǎn)2.缺點(diǎn)強(qiáng)光下光電轉(zhuǎn)換線性差；光電導(dǎo)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；受溫度影響大；設(shè)計(jì)負(fù)載時(shí)，難始終保持匹配，還要考慮額定功耗；進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮光敏電阻的前歷效應(yīng)。4.4.4幾種典型的光敏電阻4.4.5使用注意事項(xiàng)用于測(cè)光的光源光譜特性必須與光敏電阻的光譜特性相匹配；要防止光敏電阻受雜散光的影響；要防止光敏電阻的電參數(shù)（電壓、功耗）超過(guò)允許值；根據(jù)不同用途，選用不同特性光敏電阻；數(shù)字信息傳輸時(shí)，宜選用亮暗電阻差別大、光照指數(shù)γ大的光敏電阻；模擬信息傳輸時(shí)，宜選用光照指數(shù)γ=1的光敏電阻（線性好）。練習(xí)如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中A為發(fā)光儀器，B為水平傳送帶，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。R1為光敏電阻，R2為定值電阻，R1、R2串聯(lián)在電路中，電源電壓保持不變．每當(dāng)傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時(shí)，R1的電阻值就增大，計(jì)數(shù)器就計(jì)數(shù)一次。則：（1）當(dāng)傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時(shí)，定值電阻R2兩端的電壓將________。（填“變大”、“變小”或“不變”）（2）已知相鄰的兩個(gè)易拉罐中心之間的距離均為20cm，若計(jì)數(shù)器從易拉罐第一次擋住光線開(kāi)始計(jì)時(shí)，到恰好計(jì)數(shù)101次共用時(shí)間40s，則傳送帶的速度為多少m/s？答案：（1）由題意可知，當(dāng)傳送帶上有易拉罐擋住由A射向R1的光線時(shí)，R1的電阻值就增大，由于R1、R2是串聯(lián)在電路中的，當(dāng)R1電阻值增大，R1分得的電壓就增大，R2兩端的電壓將變??；（2）由v＝s/t＝(101-1)×0.2m/40s＝0.5m/s。知識(shí)鞏固