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1、第三章 结型光电器件,结型 光电器件主要包括：,光电池、光电二极管、光电晶体管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD）、光电耦合器件等,可以分为：PN结型、PIN结型、肖特基结型,3.4 结型光电器件的放大电路,3.4.1 结型光电器件与放大三极管的连接,3.4.2 光电器件与集成运算放大器的连接,电压跟随器,3.5 特殊结型光电二极管,3.5.1 象限探测器,缺点：,由于表面分割，从而产生死区 若光斑落入一个象限，则无法判断输光斑的准确位置 受光强变化的影响，分辨率不高,每个区域相当于一个光电二极管,它们应有相同的转换效率,3.5.2 PIN型光电二极管
2、,优点：,耗尽层厚度变大，结电容变小，响应时间变小,最高可达0.1ns 耗尽层厚度变大，增大了对光的吸收和光电转换区域 增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度，0.41.1m 可承受较高的反向偏压，线性范围变宽,1. 普通PIN型光电二极管,2. 特殊结构的PIN型光电二极管-光电位置传感器（PSD）,P,N,xA,I,1,2,3,I,1）一维PSD,2）二维PSD,a.两面分离型PSD,IP,b.表面分离型PSD,x,x,y,y,IP,x,x,y,y,c. 改进型表面分离型PSD,3）PSD转换放大电路,4）光电位置传感器的特征和用途,对光斑形状无严格要求，只与光的能量重心有关 光敏面无死区，
3、可连续测量光斑位置，分辨率高，可达0.2m 可同时检测位置和光强，因PSD输出总电流与入射光强有关,被广泛的应用于激光束的监控（对准、位移和振动），平面度检测、一维长度检测，二维位置检测系统,5）注意事项,注意光谱匹配,所加反偏电压不要过大或过小, 注意使用PSD时的环境温度,过小会减小会影响响应频率 过大会反向击穿,注意位置测量误差,3.5.3 雪崩光电二极管（APD）,-高反向电压下工作的光敏二极管，高电场加速了光生载流子的速度，产生二次载流子对。 适合0.81.1m弱光的探测,特征：,灵敏度高，电流增益可达102103 响应速度快，只有0.5ns，响应频率可达100GHZ 噪声等效功率很
4、小，约为10-15W 反向偏压高，可达200V,广泛应用于光纤通讯、弱信号检测、激光测距等领域,3.5.4 紫外光电二极管,1. 蓝、紫增强型硅光电二极管,2. 肖特基结光电二极管,采用浅PN结的结构,肖特基是金属与半导体接触形成的：n型半导体表面上覆盖一层极薄的金属膜（能透光），所以在表面处形成结区。 可以看成是结深为零、表面覆盖着薄而透明金属膜的PN结,光谱范围在：1901100nm,紫外光电二极管广泛应用于：激光辐射探测、天文物理研究、光谱学、医学生物等研究中。,3.5.5 半导体色敏器件,根据人眼视觉的三色原理，利用不同结深的光电二极管对各种波长的光谱响应率不同的现象制成的,1.工用原
5、理,2.双结硅色敏器件的检测电路,用于复色光测量的色敏器件：,应用： 工业上-自动检测纸，纸浆、染料的颜色等 医学上-测定皮肤、牙齿的颜色 其它-电视机彩色调整，商品颜色及代码的读取等,3.6 结型光电器件的应用实例-光电耦合器件,光电耦合器件：,发光器件与光接收器件组合的一种元件，发光器件常采用发光二极管接收器件常采用光电二极管、光电三极管及光集成电路等。它以光作为媒介把输入端的电信号耦合到输出端-也称为光电耦合器。,体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间隔离、可单向传输信号。 有时还可取代继电器、变压器、斩波器 已被广泛应用于：隔离电路、开关电路、数模转换电路、逻辑电路及长线
6、传输、高压控制、线性放大、电平匹配等,3.6.1 光电耦合器件的分类、结构和用途,分类-,光电隔离器：在电路之间传送信息，实现电路间的电气隔离和消除噪声影响等,光传感器：用于检测物体的有无状态或位置,1.光电隔离器,发光器件和光接收器件组装在同一管壳中，两者的管心相对、互相靠过，除光路部分外，其它部分完全遮光就构成了隔离器,2.光传感器,可检测物体的数目、长度、也可应用于数字控制系统中，在高速印刷中用作定时控制和位置控制，在传真机、复印机中用于对纸的检测或图像色彩浓度的调整,通过透过光的通断来判断物体的数量和有无,自动报警,反射型：,各种机械运程的行程限制,液面位置的行程限制,3.6.1 光电
7、耦合器件的基本电路,1.发光二极管的驱动电路,2.输出电路,补充习题：,1.光电池工作时不接外电源，为什么说在负载电阻不为零时， 工作时光电池的PN结是实际上是工作在正向偏压下？,3. 设有一光电池工作于线性段，当入射辐照度为100 W/m2时输出电流的大小为2 mA, 设负载电阻大小50。 求此负载下的电流灵敏度和电压灵敏度。 求当入射辐照度改变为50W/m2时的输出电流和输出电压,2.设一光电池，在入射辐照度为100W/m2时的开路电压为0.41V，求该光电池在入射辐射照度变为150W/m2时的开路电压，已知环境温度为T=300K。(波耳兹曼常数K=1.3810-23焦/度)。,4.画出光电二极管的电路图，和不同照度下的伏安特性曲线，画出负载线，写出光电流方程说明其与辐射照度的关系。,6. 在结型光电探测器中，哪些器件具有电流放大作用？简述其放大原理。,5. 设有一光电二极管工作时的外加电源电压为Ub=9V, 光敏二极管上的辐照度在0100W/m2之间做正弦变化，要使输出交变电压的幅值为3V，求所需的负载电阻的大小，试做出负载线。,I（A）,U(V),-0.5,-5.5,E=0,E=100W/m2,7.说明光电隔离器的主要组成及工作原理，画出5种常见光电隔离器的结构图,8.借助图形说明透射型和反射型光电传感器的工作原理,
