新型检测课件7光电

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1、过程参数新型检测技术过程参数新型检测技术授课教师授课教师: : 姜姜 波波20112011年年5 5月月1818日日第七章第七章 光电式传感器光电式传感器 本次课主要内容本次课主要内容1 1 概述概述2 2 光电效应光电效应3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 4 4 常用光电器件及特性常用光电器件及特性 电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD) 光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD) 外光电效应外光电效应 内光电效应内光电效应 光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )结构与基本特性结构与基本特性 光电池结构与基本特性光电池结构与基本特性 光敏晶体管结构与基本特性光敏

2、晶体管结构与基本特性 光电管结构与基本特性光电管结构与基本特性5 5 新型光电器件新型光电器件6 6 光电器件的应用光电器件的应用 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器. .光电器件是基于光电效应光电器件是基于光电效应, ,可将光通量转换为电量可将光通量转换为电量. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述 近年来近年来, ,新的光电器件不断出现新的光电器件不断出现, ,特别是特别是CCDCCD图像传图像传感器的诞生感器的诞生, ,为光电式传感器的应用开创了新的一页为光电式传感器的应用开创了新的一页. .1.1.光电式传感器特

3、点光电式传感器特点 光电式传感器具有反应速度快光电式传感器具有反应速度快, ,能实现非接触测量能实现非接触测量, ,而且高精度而且高精度、高分辨力高分辨力、高可靠性等特点高可靠性等特点, ,加之半导体光加之半导体光敏器件具有体积小敏器件具有体积小、重量轻重量轻、功耗低功耗低、便于集成等优点便于集成等优点. .使光电式传感器在检测和控制领域获得广泛应用使光电式传感器在检测和控制领域获得广泛应用. . 光电测量方法灵活多样光电测量方法灵活多样, ,可检测直接引起光量变化的可检测直接引起光量变化的非电量非电量( (如光强如光强、光照度光照度、辐射测温辐射测温、气体成分分析等气体成分分析等),),也可

4、检测能转换成光量变化的其它非电量也可检测能转换成光量变化的其它非电量( (如零件直径如零件直径、表面粗糙度表面粗糙度、应变应变、位移位移、振动振动、速度速度、加速度等加速度等),),以及以及检测物体的形状检测物体的形状、工作状态的识别等工作状态的识别等. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述 目前目前, ,广泛应用于军事广泛应用于军事、宇航宇航、通信通信、检测与工业自动检测与工业自动化控制等多种领域中化控制等多种领域中. . 世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性原理性研究研究与与应用开发应用开发. .随着光电技术的日趋成熟随

5、着光电技术的日趋成熟, ,对光电传感器对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键. .2.2.光电式传感器用途光电式传感器用途 光电元件：光电元件：光敏电阻光敏电阻、光电二极管光电二极管、光电三极管光电三极管、 发光二极管发光二极管(LED)(LED)、光电倍增管光电倍增管、光电池光电池、 光电耦合器件等光电耦合器件等. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述 基于光通量对光电元件的作用原理不同可制成多种基于光通量对光电元件的作用原理不同可制成多种多样的光学测控系统多样的光学测控系统. .3.3.光电传感器的类型光电传感器的类

6、型 按光电元件按光电元件( (光学测控系统光学测控系统) )输出量性质输出量性质, ,光电传感器可光电传感器可分二类：分二类：模拟式光电传感器模拟式光电传感器、脉冲脉冲( (开关开关) )式光电传感器式光电传感器。其中模拟式光电传感器按检测方法又可分为三大类：其中模拟式光电传感器按检测方法又可分为三大类：透射透射( (吸收吸收) )式式、漫反射式漫反射式、遮光式遮光式( (光束阻档光束阻档).). 美国：美国：美国是研究光电传感器起步最早美国是研究光电传感器起步最早、水平最高的国水平最高的国家之一家之一, ,在军事和民用领域的应用发展得十分迅速在军事和民用领域的应用发展得十分迅速. .在军在军

7、事应用方面事应用方面, ,研究和开发主要包括：水下探测研究和开发主要包括：水下探测、航空监测航空监测、核辐射检测等核辐射检测等. .美国也是最早将光电传感器用于民用领域美国也是最早将光电传感器用于民用领域的国家的国家. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述 日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电日本和西欧各国也高度重视并投入大量经费开展光电传感器的研究与开发传感器的研究与开发. . 日本：日本：2020世纪世纪9090年代年代, ,由东芝由东芝、日本电气等日本电气等1515家公司和研家公司和研究机构究机构, ,研究开发出多种具有一流水平的民用光电传感器研究开发出多种

8、具有一流水平的民用光电传感器, ,日本的电器产品以价格适中日本的电器产品以价格适中、质量好而响誉全球质量好而响誉全球. .4.4.光电传感器国内外的发展状况光电传感器国内外的发展状况 西欧各国：西欧各国：西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光西欧各国的大型企业和公司也积极参与了光电传感器的研发和市场竞争电传感器的研发和市场竞争. . 中国：中国：对光电传感器研究的起步时间与国际相差不远对光电传感器研究的起步时间与国际相差不远. .目前目前, ,已有上百个单位在这一领域开展工作已有上百个单位在这一领域开展工作, ,主要是在光电主要是在光电温度传感器温度传感器、压力计压力计、流量计流量计、液位计液

9、位计、电流计等领域进行电流计等领域进行了大量的研究了大量的研究, ,取得了上百项科研成果取得了上百项科研成果, ,有的达到世界先进有的达到世界先进水平水平. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述4.4.光电传感器国内外的发展状况光电传感器国内外的发展状况 与发达国家相比与发达国家相比, ,我国的研究水平还有不小的差距我国的研究水平还有不小的差距, ,主要主要表现在商品化和产业化方面表现在商品化和产业化方面, , 大多数品种仍处于实验研制大多数品种仍处于实验研制阶段阶段, ,还无法投入批量生产和工程化应用还无法投入批量生产和工程化应用. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感

10、器1 1 概述概述 近年来近年来, ,由于传感器的广泛应用及在日常生活中由于传感器的广泛应用及在日常生活中所起的越来越重要的作用所起的越来越重要的作用, ,人们对传感器提出越来越人们对传感器提出越来越高的要求高的要求. . 21 21世纪初期世纪初期, ,敏感元件与传感器发展的总趋势是敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化小型化、集成化集成化、多功能化多功能化、智能化智能化、系统化系统化. . 传感器领域的主要技术：传感器领域的主要技术：在现有基础上予以延伸在现有基础上予以延伸和提高和提高, ,并加速新一代传感器的开发和产业化并加速新一代传感器的开发和产业化. .5.5.光电传感器的发展方向光电

11、传感器的发展方向第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1 1 概述概述5.5.光电传感器的发展方向光电传感器的发展方向(1)(1)开发新型传感器开发新型传感器 包括：包括：采用新原理采用新原理、填补传感器空白填补传感器空白、仿生传感器等诸方面。仿生传感器等诸方面。 (2)(2)开发新材料开发新材料 其主要趋势有几个方面：其主要趋势有几个方面：从单晶体到多晶体从单晶体到多晶体、非晶体；非晶体； 从单一型材料到复合材料；从单一型材料到复合材料；原子原子( (分子分子) )型材料的人工合成型材料的人工合成. . 用复合材料来制造性能更良好的传感器是今后的发展方向之一用复合材料来制造性能更良好的传感器

12、是今后的发展方向之一. . 半导体敏感材料；半导体敏感材料；陶瓷材料；陶瓷材料；磁性材料磁性材料. .(3)(3)智能材料智能材料 是指设计和控制材料的物理是指设计和控制材料的物理、化学化学、机械机械、电学等电学等 参数参数, ,研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料 性能的人造材料性能的人造材料. .(4)(4)新工艺的采用新工艺的采用 新工艺的含义范围很广新工艺的含义范围很广, ,这里主要指与发展这里主要指与发展 新型传感器联系特别密切的加工技术新型传感器联系特别密切的加工技术. .(5)(5)集成化集成化、多功能化与智能化。多功能化与

13、智能化。 第第七七章章 光电式光电式传感器传感器2 2 光电效应光电效应 由光的粒子可知：由光的粒子可知：光可以被看成是具有一定光可以被看成是具有一定能量的粒子所组成能量的粒子所组成, , 而每个光子所具有的能量而每个光子所具有的能量E E正比于其频率的大小正比于其频率的大小. .光照射在物体上可看成是光照射在物体上可看成是一串具有能量为一串具有能量为E E的粒子轰击在物体上的粒子轰击在物体上. .光电效应分两类：光电效应分两类：外光电效应外光电效应、内光电效应内光电效应. . 物体吸收了光能后转换该物体中某些电子的物体吸收了光能后转换该物体中某些电子的能量而产生的电效应能量而产生的电效应.

14、.所谓光电效应所谓光电效应第第七七章章 光电式光电式传感器传感器2 2 光电效应光电效应外光电效应：外光电效应：在外光的照射下在外光的照射下, ,材料中的电子逸出表面材料中的电子逸出表面 而产生光电子发射的现象而产生光电子发射的现象. .1 1 外光电效应外光电效应根据爱因斯坦假设：根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量一个电子只能接受一个光子的能量. . 因此因此, ,要使一个电子从物体表面逸出要使一个电子从物体表面逸出, ,必须必须 使光子能量使光子能量E E大于该物体的表面逸出功大于该物体的表面逸出功A A0 0 . .每个光子具有的能量为：每个光子具有的能量为：为普朗克常数；

15、为普朗克常数；光的频率光的频率. .逸出物体表面的电子具有的动能：逸出物体表面的电子具有的动能：-光电效应方程式光电效应方程式电子质量；电子质量；电子逸出初速度电子逸出初速度. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器2 2 光电效应光电效应每个光子具有的能量为：每个光子具有的能量为：为普朗克常数；为普朗克常数；光的频率光的频率. .逸出物体表面的电子具有的动能：逸出物体表面的电子具有的动能：电子质量；电子质量；电子逸出初速度电子逸出初速度. .1 1 外光电效应外光电效应 基于外光电效应原理工作的光电器件有基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管光电管和和光电倍增管光电倍增管. . 不同材料

16、具有不同的逸出功不同材料具有不同的逸出功A A0 0 . .对某特定材料对某特定材料, ,将有一个频率限将有一个频率限( (或波长限或波长限 ),),称为称为“红限红限”. .当入射光的频率低于当入射光的频率低于 时时( (或波长大于或波长大于 ),),不论入射光有多强不论入射光有多强, ,也不能也不能 激发电子；激发电子；当入射光的频率高于当入射光的频率高于 时时( (或波长小于或波长小于 ),),不管入射光有多么弱也会不管入射光有多么弱也会 使被照射的物体激发光子使被照射的物体激发光子, ,光越强则激发出的电子数目越多光越强则激发出的电子数目越多. .-光电效应方程式光电效应方程式 半导体

17、受到光照时会产生光生电子半导体受到光照时会产生光生电子- -空穴对空穴对, ,使导电性能使导电性能增强增强, ,光线越强光线越强, ,阻值越低阻值越低. . 基于这种效应的光电器件有基于这种效应的光电器件有光敏电阻光敏电阻和反向偏置工作的和反向偏置工作的光敏二极管与三极管光敏二极管与三极管. .-在光的照射下在光的照射下, ,材料的电阻率变化的现象材料的电阻率变化的现象. . 光电导效应光电导效应第第七七章章 光电式光电式传感器传感器2 2 光电效应光电效应 光照射在半导体材料上光照射在半导体材料上( (材料中处于价带的电子吸收光子材料中处于价带的电子吸收光子能量能量, ,通过禁带跃入导带通过

18、禁带跃入导带, ,使导带内电子浓度和价带内空穴增使导带内电子浓度和价带内空穴增多多.).)激发出光生电子激发出光生电子- -空穴对空穴对, ,从而使半导体材料产生电效应从而使半导体材料产生电效应. . 光子能量必须大于材料的禁带宽度光子能量必须大于材料的禁带宽度. .2 2 内光电效应内光电效应 内光电效应按其工作原理可分为两种内光电效应按其工作原理可分为两种 光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应 PNPN结在没有外加电压时结在没有外加电压时,PN,PN结势垒区内仍然存在着内建结结势垒区内仍然存在着内建结电场电场, ,其方向是从其方向是从N N区指向区指向P P区区. .-在光的照射

19、下在光的照射下,PN,PN结两端产生电动势的效应结两端产生电动势的效应. . 光生伏特效应光生伏特效应第第七七章章 光电式光电式传感器传感器2 2 光电效应光电效应 当光照射在当光照射在PNPN结区时结区时, , 光照产生的光照产生的电子电子- -空穴对在结电场作用下空穴对在结电场作用下, ,电子向电子向N N区区迁移迁移, ,空穴向空穴向P P区迁移区迁移, ,使使PNPN结两边的电位结两边的电位发生变化发生变化,PN,PN结两端将出现一个因光照而结两端将出现一个因光照而产生的电动势产生的电动势. .由于它可以向电池那样为由于它可以向电池那样为外电路提供能源外电路提供能源, ,因此常称为因此

20、常称为光电池光电池. .2 2 内光电效应内光电效应基于这种效应制作的光电器件有基于这种效应制作的光电器件有硅光电池硅光电池、硒光电池等硒光电池等. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 光照特性即光电器件的灵敏度光照特性即光电器件的灵敏度, ,它反映光电器件输入光通量与输出它反映光电器件输入光通量与输出光电流光电流( (光电压光电压) )之间的关系之间的关系. .3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 1.1.光照特性光照特性 光照特性常用光照特性常用响应率响应率R R来描述。来描述。对于光生伏特器件对于光生伏特器件, ,表示为输出电压表示为输出电压 与光输入功率与光输入功率 之比

21、之比, , 称为称为电压响应率电压响应率R RV V, ,即即 对于光生电流器件对于光生电流器件, ,表示为输出电流表示为输出电流 与光输入功率与光输入功率 之比之比, , 称为称为电流响应率电流响应率R RI I, ,即即根据光电器件的光谱特性根据光电器件的光谱特性, ,合理选择相匹配的光源和光电器件；合理选择相匹配的光源和光电器件；对于被测物体本身可作光源的传感器对于被测物体本身可作光源的传感器, ,应按被测物体辐射的光波波长应按被测物体辐射的光波波长 选择光电器件选择光电器件. . 光谱特性即光电器件的相对光谱特性即光电器件的相对灵敏度灵敏度K K与入射波长之间的关系与入射波长之间的关系

22、, ,又称又称光谱响应光谱响应. . 第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 由光谱特性可知由光谱特性可知, ,对于包含光源与光电器件的传感器对于包含光源与光电器件的传感器, ,要提高光电要提高光电 传感器的灵敏度应从两个方面考虑传感器的灵敏度应从两个方面考虑: :3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 2.2.光谱特性光谱特性光敏晶体管的光谱特性光敏晶体管的光谱特性 由图可看出器件的长波限和短波限由图可看出器件的长波限和短波限 硅的长波限为硅的长波限为1.1um1.1um，锗为，锗为1.8 um1.8 um，短波限一般在，短波限一般在0.40.40.50.5左右左右. . 第第七七章章

23、 光电式光电式传感器传感器 响应时间是表征器件的动态特性响应时间是表征器件的动态特性. .响应时间小响应时间小, ,表示动态特性好表示动态特性好. .3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 3.3.响应时间响应时间( (频率特性频率特性) ) 半导体光电器件半导体光电器件, ,频率特性是指频率特性是指器件输出电信号与调制光频率变化器件输出电信号与调制光频率变化的关系的关系. . 光敏电阻受到脉冲光射时光敏电阻受到脉冲光射时, , 光电流要经过一段时间光电流要经过一段时间才能得到其稳态值才能得到其稳态值, ,当光突然消失时光电流也不立刻为零当光突然消失时光电流也不立刻为零. .这说明光敏电

24、阻有时延特性这说明光敏电阻有时延特性, ,它与光照的强度有关它与光照的强度有关. . 光电池作为检测光电池作为检测、计算和接收元件计算和接收元件, ,常用调制光输入常用调制光输入. . 图示的两种光电池的曲线图示的两种光电池的曲线, ,可见硅光电池的频率响应好可见硅光电池的频率响应好. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 无光照时无光照时, ,光电器件有输出的大小光电器件有输出的大小. .( (由于器件存在由于器件存在固有的散粒噪声以及前置放大器输入端的热噪声固有的散粒噪声以及前置放大器输入端的热噪声).).峰值峰值探测率源出于红外探测器探测率源出于红外探测器, ,后来沿用到其它光电器件

25、后来沿用到其它光电器件. . 常以常以噪声等功率噪声等功率NEPNEP来表征这一噪声输出来表征这一噪声输出. .3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 4.4.峰值探测率峰值探测率NEPNEP定义为：产生与器件暗电流大小相等的光电流入射光量定义为：产生与器件暗电流大小相等的光电流入射光量. . NEPNEP与器件的有效面积与器件的有效面积A A和探测系统带宽和探测系统带宽 有关有关. .用用 表征探测器件的峰值探测率表征探测器件的峰值探测率. .值大噪声等功率小值大噪声等功率小, ,光电器件性能好光电器件性能好. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 温度特性表示光电器件受温度变化的

26、影响情况温度特性表示光电器件受温度变化的影响情况. .温度不仅影响光电器件的灵敏度温度不仅影响光电器件的灵敏度, , 同时对光谱特性同时对光谱特性也有很大的影响也有很大的影响. .3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 5.5.温度特性温度特性硫化铅硫化铅( (PbSPbS) )光敏电阻的光谱温度特性光敏电阻的光谱温度特性 由图可见由图可见, ,光谱响应峰值随温度光谱响应峰值随温度升高而向短波方向移动升高而向短波方向移动. .因此因此, ,采取采取降温措施降温措施, ,往往可以提高光敏电阻对往往可以提高光敏电阻对长波的响应长波的响应. . 在室温条件下工作的光电器件在室温条件下工作的光电

27、器件由于灵敏度随温度变化由于灵敏度随温度变化, ,因此因此, ,在高在高精度检测时精度检测时, ,必要时要进行温度补偿必要时要进行温度补偿或恒定工作温度或恒定工作温度. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 在一定的光照下在一定的光照下, ,光电器件所加电压与光电流光电器件所加电压与光电流之间的关系之间的关系. .3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性 6.6.伏安特性伏安特性 伏安特性是传感器设计时选择电参数的依据伏安特性是传感器设计时选择电参数的依据. .使用时应注意不要超过器件允许的功耗限使用时应注意不要超过器件允许的功耗限. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器4 4 常

28、用常用光电器件及特性光电器件及特性 常用的光电器件有常用的光电器件有 光敏电阻光敏电阻、光电池光电池、光敏晶体管光敏晶体管、光电倍增管光电倍增管. . 新型半导体光电器件新型半导体光电器件 光电位置敏感器件光电位置敏感器件(SPD)(SPD)、电荷耦合器件电荷耦合器件(CCD)(CCD)等等. . 光电器件是在光电式传感器中将光量转换成光电器件是在光电式传感器中将光量转换成电量的器件电量的器件. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )光敏电阻光敏电阻-用具有内光电效应的光导材料制成的纯电阻用具有内光电效应的光导材料制成的纯电阻 元件

29、元件, ,其阻值随光照增强而减小其阻值随光照增强而减小. .(1)(1)光敏电阻材料与结构光敏电阻材料与结构 具有内光电效应的光导材料本身就称为光敏电阻具有内光电效应的光导材料本身就称为光敏电阻, ,用光敏电阻制成的器件称用光敏电阻制成的器件称“光导管光导管”, ,通常也简称为通常也简称为光敏电阻光敏电阻. . 光导材料内光电效应光导材料内光电效应 在黑暗的环境下在黑暗的环境下, ,它的电阻值很高它的电阻值很高, ,当它受到光照时当它受到光照时, ,光子能量将激发出电子光子能量将激发出电子- -空穴对空穴对, , 从而加强了导电性能从而加强了导电性能, ,使阻值降低使阻值降低, ,照射的光越强

30、阻值越低照射的光越强阻值越低. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(1)(1)光敏电阻材料与结构光敏电阻材料与结构 光敏电阻特点光敏电阻特点: :光敏电阻灵敏度高光敏电阻灵敏度高, ,体积小体积小, ,重量轻重量轻, ,性能性能 稳定稳定, ,价格便宜价格便宜, ,因此在自动化技术中广泛应用因此在自动化技术中广泛应用. . 光敏电阻种类光敏电阻种类: :有硅有硅、锗及硫化物锗及硫化物、硒化物硒化物、蹄化物等很多蹄化物等很多, , 不同材料及制做工艺不同不同材料及制做工艺不同, ,器件的性能差别很大器件的性能差别很大. . 光敏电

31、阻的典型结构光敏电阻的典型结构: :光电半导体就是做成栅形的光电半导体就是做成栅形的光敏电阻光敏电阻, ,装在外壳中装在外壳中. .引出的两电极引出的两电极, ,可加直流电压可加直流电压, ,也可加交流电压也可加交流电压. . 光敏电阻在不受光照时的阻值称光敏电阻在不受光照时的阻值称“暗电阻暗电阻”, ,或称或称暗阻暗阻, ,此时接通电源后流过的电流称此时接通电源后流过的电流称“暗电流暗电流”. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性：亮电流与暗电流之差亮电流与暗电流之差. . 光电流

32、光电流 光敏电阻在受光照时的阻值称光敏电阻在受光照时的阻值称“亮电阻亮电阻”, , 或称或称亮阻亮阻, ,此时接通电源后流过的电流称此时接通电源后流过的电流称“亮电流亮电流”. . 作为光电检测元件作为光电检测元件, ,希望暗阻越大越好希望暗阻越大越好, ,亮阻越小亮阻越小越好越好, ,即光电流尽可能大即光电流尽可能大-光电元件灵敏度高光电元件灵敏度高. .一般暗一般暗阻为兆欧级阻为兆欧级, ,亮阻在几千欧以下亮阻在几千欧以下. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性：光敏电阻两端所加

33、电压与通过其光敏电阻两端所加电压与通过其 电流之间的关系电流之间的关系. . 伏安特性伏安特性光敏电阻在不同光照下的伏安特性曲线不同光敏电阻在不同光照下的伏安特性曲线不同. . 在给定的光照下在给定的光照下, ,电阻值的电阻值的相对变化于外加电压无关相对变化于外加电压无关. .所加所加电压电压U U的越高的越高, ,光电流越大光电流越大, ,而且而且没有饱和现；没有饱和现； 在给定的电压下在给定的电压下, ,光电流随光电流随光照强度增加而增加光照强度增加而增加. .：光敏电阻的光电流光敏电阻的光电流I I与光通量与光通量 之间的关系之间的关系. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及

34、特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性 光照特性光照特性 光敏电阻的光照特性是光敏电阻的光照特性是非线性的非线性的, ,因此在光电传感器因此在光电传感器中不宜作光通量变化的的检中不宜作光通量变化的的检测元件测元件, ,常用作开关式光电传常用作开关式光电传感器感器, ,如光电式转速传感器如光电式转速传感器. .：光电器件的相对灵敏度光电器件的相对灵敏度K K与入射波长与入射波长 之间的关系之间的关系. . 又称光谱响应又称光谱响应. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(

35、2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性 光谱特性光谱特性 光敏电阻对于不同波长的入射光光敏电阻对于不同波长的入射光, ,其相对灵敏度其相对灵敏度K K不同不同. . 不同材料的光谱特性差别也很大不同材料的光谱特性差别也很大. . - -硫化镉的峰值在可见光区域；硫化镉的峰值在可见光区域； -硫化铅的峰值在红外区域硫化铅的峰值在红外区域. . 在选用光敏电阻时在选用光敏电阻时, ,要把光电元件要把光电元件与光源一起考虑与光源一起考虑, ,应使光源发光的波长应使光源发光的波长与光敏电阻光谱特性峰值对应的波长相与光敏电阻光谱特性峰值对应的波长相接近接近, ,使光电传感器的灵敏度高使光电传感器

36、的灵敏度高. .：器件输出的电信号与调制光频率变化器件输出的电信号与调制光频率变化 的关系的关系. .表征光敏电阻的动态特性表征光敏电阻的动态特性. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性 频率特性频率特性 ( (响应时间响应时间) ) 光敏电阻响应时间光敏电阻响应时间( (时间常数时间常数) ) 光敏电阻自停止光照起到光电流光敏电阻自停止光照起到光电流下降到原来的下降到原来的63%63%所需的时间所需的时间. . 光敏电阻受到脉冲光射时光敏电阻受到脉冲光射时, ,光电流光电流要经过一

37、段时间才能得到其稳态值要经过一段时间才能得到其稳态值, ,当当光突然消失时光电流也不立刻为零光突然消失时光电流也不立刻为零. .这这说明光敏电阻有时延特性说明光敏电阻有时延特性, ,它与光照的它与光照的强度有关强度有关. .光敏电阻响应时间一般在光敏电阻响应时间一般在1010-1-11010-3-3S.S.光敏电阻的频率特性光敏电阻的频率特性硫化铅硫化铅硒硒铊氧硫铊氧硫从图看出：硫化铅光敏电阻有较好的频率特性从图看出：硫化铅光敏电阻有较好的频率特性. . 光敏电阻的光学和电学特性受温度影响较大光敏电阻的光学和电学特性受温度影响较大, ,随温度升高随温度升高, ,它的暗阻与灵敏度都下降它的暗阻与

38、灵敏度都下降. . 同样同样, ,温度变化也影响它的光谱特性温度变化也影响它的光谱特性. .：表示光电器件受温度变化的影响情况表示光电器件受温度变化的影响情况. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )(2)(2)光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性 温度特性温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性 光谱响应峰值随温度升高而向短光谱响应峰值随温度升高而向短波方向移动波方向移动. .因此因此, ,采取降温措施采取降温措施, ,往往往往可以提高光敏电阻对长波的响应可以提高光敏电阻对长波的响应. . 在室温条件下工作

39、的光电器件由在室温条件下工作的光电器件由于灵敏度随温度变化于灵敏度随温度变化, ,因此因此, ,在高精度在高精度检测时检测时, ,必要时要进行温度补偿或恒定必要时要进行温度补偿或恒定工作温度工作温度. .-在光的照射下在光的照射下,PN,PN结两端产生电动势的效应结两端产生电动势的效应. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(1)(1)光电池材料与结构光电池材料与结构 光电池是基于光生伏特效应制成的一种直接将光能光电池是基于光生伏特效应制成的一种直接将光能转换成电能的器件转换成电能的器件. .是自发电式有源器件是自发电式有源器件. .由于它可以向由于它可以向

40、电池那样为外电路提供能源电池那样为外电路提供能源, ,因此常称为光电池因此常称为光电池. . 光生伏特效应光生伏特效应 PNPN结在没有外加电压时结在没有外加电压时,PN,PN结结势垒区内仍然存在着内建结电场势垒区内仍然存在着内建结电场, ,其方向是从其方向是从P P区指向区指向N N区区. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(1)(1)光电池材料与结构光电池材料与结构 光电池的种类很多光电池的种类很多, ,有硅有硅、硒硒、硫化镉硫化镉、硫化铊硫化铊、蹄化镉等蹄化镉等, ,其感光灵敏度随材料和工艺方法不同也有其感光灵敏度随材料和工艺方法不同也有差异差异；制

41、做不同制做不同, ,器件的性能器件的性能差差别很大别很大. . 当光照射在当光照射在PNPN结区时结区时, ,光照产生的电子光照产生的电子- -空穴对在空穴对在结电场作用下结电场作用下, ,电子向电子向N N区迁移区迁移, ,空穴向空穴向P P区迁移区迁移, ,使使PNPN结结两边的电位发生变化两边的电位发生变化, ,出现一个因光照而产生的电动势出现一个因光照而产生的电动势. . 目前应用最广的是硅光电池目前应用最广的是硅光电池, ,它有性能稳定它有性能稳定、光谱范围宽等优点光谱范围宽等优点, ,但对光的响应速度还不够高但对光的响应速度还不够高. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件

42、及特性2.2.光电池光电池(1)(1)光电池材料与结构光电池材料与结构 硅光电池也称硅太阳能电池硅光电池也称硅太阳能电池, ,为有源器件为有源器件. .它轻便它轻便、简单简单, ,不会产生气体污染或热污染不会产生气体污染或热污染, ,特别适用于宇宙飞特别适用于宇宙飞行器作仪表电源行器作仪表电源. .硅光电池转换效能较低硅光电池转换效能较低, ,适宜在可见适宜在可见光波段工作光波段工作. . 硅光电池是用单晶硅硅光电池是用单晶硅制成的制成的. . 在一块在一块N N型硅片上用型硅片上用扩散的方法渗入一些扩散的方法渗入一些P P型杂质型杂质, , 形成一个大面积形成一个大面积PNPN结结,P,P层

43、极薄层极薄能使光线透到能使光线透到PNPN结上结上. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(2)(2)光电池的基本特性光电池的基本特性：光电器件的相对灵敏度光电器件的相对灵敏度K K与入射波长与入射波长 之间的关系之间的关系. . 又称光谱响应又称光谱响应. . 光谱特性光谱特性 不同材料的光电池的光谱峰不同材料的光电池的光谱峰值的位置是不同的值的位置是不同的, ,硅光电池可硅光电池可在光波长在光波长0.450.45 1.1um1.1um范围内使用范围内使用, ,而硒光电池只能在光波长而硒光电池只能在光波长0.340.34 0.57um0.57um范围内使用

44、范围内使用. . 在实际使用中是根据光源性质在实际使用中是根据光源性质来选择光电池来选择光电池, ,反之也根据光电池反之也根据光电池性质来选择光源性质来选择光源. . 光电池的光谱特性光电池的光谱特性硅光电池硅光电池硒光电池硒光电池第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(2)(2)光电池的基本特性光电池的基本特性：光电池的光照特性有两种表示形式光电池的光照特性有两种表示形式. . 光照特性光照特性开路电压曲线开路电压曲线-光生电动势光生电动势E E与照度与照度EeEe间的特性曲线；间的特性曲线；短路电流曲线短路电流曲线-光电流密度光电流密度JeJe与照度与照度E

45、eEe间的特性曲线间的特性曲线. .硅光电池的光照特性曲线硅光电池的光照特性曲线 从图可看出：短路电流在很大范围内从图可看出：短路电流在很大范围内与光照度成线性关系与光照度成线性关系, ,开路电压与光照开路电压与光照度的关系是非线性的度的关系是非线性的, ,且照度在且照度在20001X20001X照射下就趋于饱和了照射下就趋于饱和了. . 因此因此, ,在使用光电池作为检测元件时在使用光电池作为检测元件时, ,应利用短路电流与光照度成线性的特性应利用短路电流与光照度成线性的特性, ,即把它当作电流源的形式来使用即把它当作电流源的形式来使用. .硅光电池的光照特性曲线硅光电池的光照特性曲线 所谓

46、光电池的短路电流所谓光电池的短路电流, ,是指外接负载电阻已到是指外接负载电阻已到近似地满足近似地满足“短路短路”条件时的电流条件时的电流. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性(2)(2)光电池的基本特性光电池的基本特性2.2.光电池光电池 试验得知：负载电阻越小试验得知：负载电阻越小, ,光电流与光照度之间光电流与光照度之间的线性关系越好的线性关系越好, ,且线性范围越宽且线性范围越宽. . 对于不同的负载电阻对于不同的负载电阻, ,可在可在不同的照度范围内不同的照度范围内, ,使光电流与使光电流与光照度保持线性关系光照度保持线性关系. .所以所以, ,用用光电池作为检测元

47、件时光电池作为检测元件时, ,所用的所用的负载电阻大小负载电阻大小, ,应根据光照的具应根据光照的具体情况来决定体情况来决定. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(2)(2)光电池的基本特性光电池的基本特性：光电池的频率特性是指光的调制频率光电池的频率特性是指光的调制频率f f 和光电池相对输出电流和光电池相对输出电流IrIr间的关系间的关系。 （IrIr= =高频输出电流高频输出电流/ /低频最大输出电流）低频最大输出电流） 频率特性频率特性 从图可看出：硅光电池具从图可看出：硅光电池具有较高的频率响应有较高的频率响应, ,而硒光电池而硒光电池频率响应较

48、差频率响应较差. . 因此因此, ,在检测动在检测动态参数多采用硅光电池态参数多采用硅光电池. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性2.2.光电池光电池(2)(2)光电池的基本特性光电池的基本特性：光电池的温度特性是描述光电池的光电池的温度特性是描述光电池的 开路电压开路电压U U、短路电流短路电流I I随温度随温度T T变化变化 的关系的关系. . 温度特性温度特性光电池的温度特性光电池的温度特性 从图可看出：开路电压随从图可看出：开路电压随温度增加而下降的速度较快温度增加而下降的速度较快, ,短路电流随温度上升时却缓慢短路电流随温度上升时却缓慢地增加地增加. . 如果温度变

49、化影响到测量如果温度变化影响到测量精度时精度时, ,要采取相应的温度补偿要采取相应的温度补偿措施措施. . 光敏晶体管利用半导体受光照时载流子增加的光敏晶体管利用半导体受光照时载流子增加的半导体光电元件半导体光电元件. .它和普通晶体管一样它和普通晶体管一样, ,也具有也具有P-NP-N结结. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(1)(1)光敏晶体管材料与结构光敏晶体管材料与结构 通常把有一个通常把有一个P-NP-N结的叫光敏二极管结的叫光敏二极管, ,把有两个把有两个P-NP-N结的叫光敏三极管结的叫光敏三极管. . 光敏三极管不一定有三根引出线

50、光敏三极管不一定有三根引出线, ,有时常常只装有时常常只装两根引出线两根引出线.(.(大多数光敏三极管的基极无引出线大多数光敏三极管的基极无引出线) )第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(1)(1)光敏晶体管材料与结构光敏晶体管材料与结构 为了便于接受光照为了便于接受光照, ,光敏光敏晶体管的晶体管的P-NP-N结装在管的顶部结装在管的顶部, ,上面有一个用透镜制成的窗口上面有一个用透镜制成的窗口, ,以便使射入的光集中在以便使射入的光集中在P-NP-N结上结上. . 常规的二极管和三极管都是用壳体密封起来，常规的二极管和三极管都是用壳体密封起来，以

51、防光照以防光照. .而光敏二极管和三极管则必须使而光敏二极管和三极管则必须使P-NP-N结结能受到最大的光照射能受到最大的光照射. . 当光通过透镜照射到光敏当光通过透镜照射到光敏二极管时二极管时, ,在一定的反向偏压下在一定的反向偏压下, ,光敏二极管的反向电流光敏二极管的反向电流, ,要比要比没有光照射时大几十倍甚至几没有光照射时大几十倍甚至几千倍千倍, ,即有较大的光电流即有较大的光电流. . 由于光电流是光子激发的光由于光电流是光子激发的光生载流子形成的生载流子形成的, ,所以光照越强所以光照越强, ,光生载流子越多光生载流子越多, ,光电流越大光电流越大. .第第七七章章 4 4 光

52、电器件及特性光电器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(1)(1)光敏晶体管材料与结构光敏晶体管材料与结构 与光敏电阻相比与光敏电阻相比, ,光敏晶体管具有暗电流小光敏晶体管具有暗电流小, ,灵敏度高等优点灵敏度高等优点. . 常规的二极管和三极管都是用壳体密封起来，常规的二极管和三极管都是用壳体密封起来，以防光照以防光照. .而光敏二极管和三极管则必须使而光敏二极管和三极管则必须使P-NP-N结结能受到最大的光照射能受到最大的光照射. . 光敏晶体管利用半导体受光照光敏晶体管利用半导体受光照时载流子增加的半导体光电元件时载流子增加的半导体光电元件. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电

53、器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(2)(2)光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性：光电器件的相对灵敏度光电器件的相对灵敏度K K与入射波长与入射波长 之间的关系之间的关系. . 又称光谱响应又称光谱响应. . 光谱特性光谱特性光敏晶体管的光谱特性光敏晶体管的光谱特性 入射波长入射波长 很大时光子能量很大时光子能量太小；但波长太小；但波长 太短太短, ,光子在半导光子在半导体表面激发的的电子体表面激发的的电子- -空穴对不能空穴对不能达到达到P-NP-N结结, ,使相对灵敏度使相对灵敏度K K下降下降. . 从图可看出：从图可看出：硅和锗光敏硅和锗光敏晶体管的光谱范围晶体管的光谱范围.

54、 .硅管响应频段约在硅管响应频段约在0.40.41.0um1.0um波长范围内波长范围内, ,最灵敏峰在最灵敏峰在0.98um0.98um附近；附近；锗管响应频段约在锗管响应频段约在0.50.51.7um1.7um波长范围内波长范围内, , 最灵敏峰在最灵敏峰在1.5um1.5um附近附近. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(2)(2)光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性 由于锗管的暗电流比硅管的大由于锗管的暗电流比硅管的大, ,因此在用可见光因此在用可见光作光源时作光源时, ,都采用硅管；都采用硅管； 在对红外光源探测时在对红外光源探测时,

55、 ,锗管锗管较为适合较为适合. .光敏晶体管的光谱特性光敏晶体管的光谱特性第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管(2)(2)光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性：光敏晶体管输出光电流光敏晶体管输出光电流IcIc与输入与输入 光照光照EeEe之间的关系之间的关系. . 光照特性光照特性光敏晶体管的光照特性光敏晶体管的光照特性 从图可看出：光敏晶体管从图可看出：光敏晶体管的光照特性基本是线性的的光照特性基本是线性的. .但当但当光照足够大时会出现饱和光照足够大时会出现饱和, ,其值其值的大小与材料的大小与材料、参杂浓度及外加参杂浓度及外加电压有关电压有关

56、. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性(2)(2)光敏晶体管的基本特性光敏晶体管的基本特性3.3.光敏晶体管光敏晶体管 ：在一定的光照下在一定的光照下, ,光电器件所加光电器件所加 电压与光电流之间的关系电压与光电流之间的关系. . 伏安特性伏安特性光敏三极管的伏安特性光敏三极管的伏安特性 光敏三极管在不同光照下的光敏三极管在不同光照下的伏安特性伏安特性, ,就像一般晶体管在不同就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样的基极电流时的输出特性一样, ,因此只要将入射光在发射极因此只要将入射光在发射极e e与与基极基极b b之间的之间的P-NP-N结附近所产生的结附近所产生

57、的光电流看作为基极电流光电流看作为基极电流, , 就可将就可将光敏三极管看作一般的晶体管光敏三极管看作一般的晶体管. . 由于三极管的放大作用由于三极管的放大作用, ,因此其因此其灵敏度比光敏二极管高灵敏度比光敏二极管高. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(1)(1)光电管材料与结构光电管材料与结构 真空光电管真空光电管 -装有两个电极装有两个电极( (光阴极和光阳极光阴极和光阳极) )的真空玻璃管的真空玻璃管. . 光电管是基于外光电效应原理的光电器件光电管是基于外光电效应原理的光电器件. .有三种类型：有三种类型：真空光电管真空光电管、充气光电管充气

58、光电管、光电倍增管光电倍增管. . 光阴极有多种形式：光阴极有多种形式：-在玻璃管内壁涂上阴极涂料作为光阴极；在玻璃管内壁涂上阴极涂料作为光阴极；-在玻璃管内装入涂有阴极涂料的柱面形在玻璃管内装入涂有阴极涂料的柱面形极板作为光阴极极板作为光阴极. . 光阳极为置于光电管中心的光阳极为置于光电管中心的环形金属板或置于柱面中心轴位环形金属板或置于柱面中心轴位置上的金属柱置上的金属柱. . 光电管的阴极受到适当的光电管的阴极受到适当的光照后便发射光电子光照后便发射光电子, ,这些光电这些光电子被具有一定电位的阳极吸引子被具有一定电位的阳极吸引, ,在光电管内形成空间电子流在光电管内形成空间电子流.

59、. 如果在外电路中串入一适当如果在外电路中串入一适当阻值的电阻阻值的电阻, , 则在该电阻上产生则在该电阻上产生正比于空间电流的电压降正比于空间电流的电压降, , 其值其值与照射在光电管阴极上的光亮度与照射在光电管阴极上的光亮度成函数关系成函数关系. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(1)(1)光电管材料与结构光电管材料与结构-真空光电管真空光电管 光电管是基于外光电效应原理的光电器件光电管是基于外光电效应原理的光电器件. .有三种类型：有三种类型：真空光电管真空光电管、充气光电管充气光电管、光电倍增管光电倍增管. . 当电子在被引向的阳极的当电子在被引

60、向的阳极的过程中过程中, , 电子流对惰性气体进电子流对惰性气体进行轰击行轰击, ,使其电离使其电离, ,产生更多的产生更多的自由电子自由电子, ,从而提高了光电变换从而提高了光电变换的灵敏度的灵敏度. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(1)(1)光电管材料与结构光电管材料与结构 光电管是基于外光电效应原理的光电器件光电管是基于外光电效应原理的光电器件. .有三种类型：有三种类型：真空光电管真空光电管、充气光电管充气光电管、光电倍增管光电倍增管. . 充气光电管充气光电管 -与真空光电管结构相同与真空光电管结构相同, ,只是玻璃管内充入惰性只是玻璃管内充

61、入惰性 气体气体( (氩氩、氖等氖等).).第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(1)(1)光电管材料与结构光电管材料与结构 光电倍增管光电倍增管 -在玻璃管内除装有光阴极和光阳极外在玻璃管内除装有光阴极和光阳极外, ,还装有若还装有若干个光电倍增极干个光电倍增极. .光电倍增极上涂有在电子轰击下光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料能发射更多电子的材料, ,光电倍增极光电倍增极的形状及位置设置得能使前一倍增极的形状及位置设置得能使前一倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极. .在每个倍增极间均依次增大加速电压在每个倍增极

62、间均依次增大加速电压. .设每级的倍增率设每级的倍增率 , ,若有若有n n级级, ,则光电则光电倍增管的光电流倍增率将为倍增管的光电流倍增率将为 . .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(1)(1)光电管材料与结构光电管材料与结构 光电倍增管光电倍增管 -在玻璃管内除装有光阴极和光阳极外在玻璃管内除装有光阴极和光阳极外, ,还装有若还装有若干个光电倍增极干个光电倍增极. . 光电倍增极一般采用光电倍增极一般采用SbSb-Cs-Cs涂料涂料或或Ag-MgAg-Mg合金涂料合金涂料, ,倍增极数常为倍增极数常为4 4 14,14, 值为值为3 3 6.6. 当

63、入射光很微弱时当入射光很微弱时, ,一般光电管一般光电管能产生的光电流很小能产生的光电流很小, ,在这种情况下，在这种情况下，即使光电流能被放大即使光电流能被放大, ,但噪声也与信但噪声也与信号同时被放大了号同时被放大了, ,因此因此, ,在微弱光时在微弱光时采用光电倍增管采用光电倍增管. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性(2)(2)光电管光电管的基本特性的基本特性4.4.光电管光电管：表示当阳极电压一定时表示当阳极电压一定时, ,阳极电流阳极电流I I与与 入射在光阴极上光通量之间的关系入射在光阴极上光通量之间的关系. . 光电特性光电特性一种光电倍增管的光电特性一种光电

64、倍增管的光电特性 在相当宽的范围内灵敏度为常数在相当宽的范围内灵敏度为常数. . 真空光电管的灵敏度比它低得多真空光电管的灵敏度比它低得多, , 充气光电管的灵敏度比真空光电充气光电管的灵敏度比真空光电管高出一个数量级管高出一个数量级, ,但惰性较大但惰性较大, ,参数参数随极间电压而变随极间电压而变, ,在交变光通下使用在交变光通下使用时时, ,灵敏度出现非线性灵敏度出现非线性, ,许多参数与温许多参数与温度有密切关系及易老化等缺点度有密切关系及易老化等缺点. . 目前真空光电管比充气光电管受用目前真空光电管比充气光电管受用户欢迎户欢迎, ,灵敏度低可用其它方法补偿灵敏度低可用其它方法补偿.

65、 .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(2)(2)光电管光电管的基本特性的基本特性：当入射光的频谱及光通量一定时当入射光的频谱及光通量一定时, ,阳极阳极 电流与阳极电压之间的关系电流与阳极电压之间的关系. . 伏安特性伏安特性当阳极电压比较低时当阳极电压比较低时, ,阴极所发射阴极所发射的电子只有一部分达到阳极的电子只有一部分达到阳极, ,其余部其余部分受光电子在真空中运动时所形成分受光电子在真空中运动时所形成的负电场作用的负电场作用, ,回到光电阴极回到光电阴极. .随着阳极电压的增高随着阳极电压的增高, ,光电流随之光电流随之增大增大. .当阴极发射的

66、电子全部达到阳当阴极发射的电子全部达到阳极时极时, ,阳极电流便很稳定阳极电流便很稳定, ,称为饱和称为饱和状态状态. .：保持光通量与阳极电压不变保持光通量与阳极电压不变, ,阳极电流阳极电流 与光波长之间的关系与光波长之间的关系. .光电管的光谱特性主要取决于光阴极对光谱的选择性光电管的光谱特性主要取决于光阴极对光谱的选择性. .第第七七章章 4 4 光电器件及特性光电器件及特性4.4.光电管光电管(2)(2)光电管光电管的基本特性的基本特性 光谱特性光谱特性 曲线曲线I I、为铯氧银阴极和锑化铯为铯氧银阴极和锑化铯阴极对不同波长光线的灵敏度系数阴极对不同波长光线的灵敏度系数, ,曲线曲线

67、为人的眼睛视觉特性为人的眼睛视觉特性. . 此外此外, ,光电管也还有温度特性光电管也还有温度特性、疲疲劳特性劳特性、暗电流和衰老特性等暗电流和衰老特性等, ,光电光电倍增管也还有一些技术参数倍增管也还有一些技术参数, ,使用时使用时可根据产品说明合理选用可根据产品说明合理选用. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器 电荷藕合器件电荷藕合器件(Charge Coupled Devices,(Charge Coupled Devices,简称简称CCD),CCD),是是2020世纪世纪7070年代发展起来的新型器件年代发展起来的新型器件. .它将它将MOSMOS光敏单元光敏单元阵列阵列和和读

68、出移位寄存器读出移位寄存器集成为一体集成为一体, , 构成具有自动扫描构成具有自动扫描功能的图像传感器功能的图像传感器. .5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD) 电荷耦合器件具有集成度高电荷耦合器件具有集成度高、分辨率高分辨率高、固体化固体化、低低功耗及自扫描能力等一系列优点功耗及自扫描能力等一系列优点, ,自问世后很快地被应用自问世后很快地被应用于工业检测于工业检测、电视摄像电视摄像、高空摄像及人工智能等领域高空摄像及人工智能等领域. . 随着制造工艺的不断完善随着制造工艺的不断完善, ,特别是集成电路技术的发展特别是集成电路技术的发展, ,近

69、几年出现了一批新型光电器件近几年出现了一批新型光电器件, ,以满足不同领域的需要以满足不同领域的需要. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(1)MOS(1)MOS光敏单元光敏单元 基本原理：基本原理：当金属电极上施加一正电压时，在电场当金属电极上施加一正电压时，在电场作用下作用下, ,金属下金属下P P型硅区域里的空穴被赶尽型硅区域里的空穴被赶尽, ,形成一个耗尽形成一个耗尽区区, ,对带负电的电子而言这是一个势能很低的区域对带负电的电子而言这是一个势能很低的区域, ,称为称为势阱势阱. .如此时有光入射的硅片上如此时有光入射的

70、硅片上, ,在光子的作用下在光子的作用下, ,半导体半导体硅片上就会产生电子和空穴硅片上就会产生电子和空穴, ,光生电子被附近的势阱所俘光生电子被附近的势阱所俘获获, ,同时光生空穴则被电场排斥出耗尽区同时光生空穴则被电场排斥出耗尽区. .耗尽区内所吸收耗尽区内所吸收的光生电子数与入射到势阱附近的光强成正比的光生电子数与入射到势阱附近的光强成正比. . MOSMOS单元：单元：金属金属- -氧化物氧化物- -半导体结构，半导体结构，它是在半导体基片上它是在半导体基片上( (如如P P型硅型硅Si)Si)生长一生长一种氧化物种氧化物( (如二氧化硅如二氧化硅SiOSiO2 2),),又在其上沉淀

71、又在其上沉淀一层金属电极一层金属电极构构成成. . 基本原理：基本原理：当金属电极上施加一正电压时，在电场当金属电极上施加一正电压时，在电场作用下作用下, ,金属下金属下P P型硅区域里的空穴被赶尽型硅区域里的空穴被赶尽, ,形成一个耗尽形成一个耗尽区区, ,对带负电的电子而言这是一个势能很低的区域对带负电的电子而言这是一个势能很低的区域, ,称为称为势阱势阱. .如此时有光入射的硅片上如此时有光入射的硅片上, ,在光子的作用下在光子的作用下, ,半导体半导体硅片上就会产生电子和空穴硅片上就会产生电子和空穴, ,光生电子被附近的势阱所俘光生电子被附近的势阱所俘获获, ,同时光生空穴则被电场排斥

72、出耗尽区同时光生空穴则被电场排斥出耗尽区. .耗尽区内所吸收耗尽区内所吸收的光生电子数与入射到势阱附近的光强成正比的光生电子数与入射到势阱附近的光强成正比. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(1)MOS(1)MOS光敏单元光敏单元 通常在半导体硅片上制作几百或几千个相互独立的通常在半导体硅片上制作几百或几千个相互独立的MOSMOS光敏元光敏元, ,在金属电极上施加一正电压时在金属电极上施加一正电压时, ,则在这半导体则在这半导体硅片上形成几百或几千个相互独立的势阱硅片上形成几百或几千个相互独立的势阱. .如果照射在这如果照射在

73、这些些MOSMOS光敏元的是一幅明暗起伏的图像光敏元的是一幅明暗起伏的图像, ,那么这些光敏元那么这些光敏元就感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像就感生出一幅与光照强度相对应的光生电荷图像. . 称这样一个称这样一个MOSMOS结构单元为结构单元为MOSMOS光敏元或称一个像素；光敏元或称一个像素； 把把一个势阱所收集的若干一个势阱所收集的若干光生电荷光生电荷称称为一个电荷包为一个电荷包. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(2)(2)读出移位寄存器读出移位寄存器 读出移位寄存器读出移位寄存器与与MOSMOS光敏元不同的是：

74、光敏元不同的是： 在半导体的低部覆盖一层遮光层，防止外来在半导体的低部覆盖一层遮光层，防止外来 光的干扰；光的干扰； 它由三组它由三组( (也有二组也有二组、四组等四组等) )相邻的电极组成相邻的电极组成 一个耦合单元一个耦合单元( (即传输单元即传输单元).). 读出移位寄存器是电荷图像的读出移位寄存器是电荷图像的输出电路输出电路. .移位寄存器的结构原理移位寄存器的结构原理如图如图, ,它也是它也是MOSMOS结构结构. . 基本原理基本原理 在三个电极上分别施加脉冲波在三个电极上分别施加脉冲波 1 1、 2 2、 3 3. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合

75、器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)t t4 4时刻时刻： 2 2高电平高电平, , 1 1、 3 3低电平低电平, ,信息电荷信息电荷 全部转移到第二组电极全部转移到第二组电极 2 2下面下面. . 至此信息电荷转移了一位至此信息电荷转移了一位. .(2)(2)读出移位寄存器读出移位寄存器t t1 1时刻时刻： 1 1高电平高电平, , 2 2、 3 3低电平低电平, ,这时这时 1 1电极电极 下形成深势阱下形成深势阱, ,存储信息电荷存储信息电荷. .t t2 2时刻时刻： 1 1、 2 2高电平高电平, , 3 3低电平低电平, , 1 1、 2 2电极电极 下都形成深势阱下都形成深势

76、阱, ,由于两个电极靠得由于两个电极靠得 很近很近, ,电荷从电荷从 1 1电极耦合到电极耦合到 2 2电极下电极下. .t t3 3时刻时刻： 1 1电压减小电压减小, , 2 2高电平高电平, , 3 3低电平低电平, , 1 1电极下的势阱减小电极下的势阱减小, ,信息电荷从信息电荷从 1 1电极下面向电极下面向 2 2转移转移. . 基本原理基本原理 在三个电极上分别施加脉冲波在三个电极上分别施加脉冲波 1 1、 2 2、 3 3. . 这样这样, ,在三相脉冲的控制下在三相脉冲的控制下, ,信息电荷不信息电荷不断向右转移断向右转移, ,在它的末端在它的末端, ,可依次接收到原先可依次

77、接收到原先存储在各个电极下的光生电荷存储在各个电极下的光生电荷. .这就是电荷这就是电荷传输过程的物理效应传输过程的物理效应. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(2)(2)读出移位寄存器读出移位寄存器如上同样的过程如上同样的过程, ,t t5 5时刻：时刻：电荷又耦合到第三组电极电荷又耦合到第三组电极 3 3下下. .t t6 6时刻时刻：电荷转移到下一位第一组电荷转移到下一位第一组 1 1电极下电极下. . 这样一个传输过程这样一个传输过程, ,实际上是一个电荷实际上是一个电荷耦合过程耦合过程. .因此这类器件称为电荷藕合器

78、件因此这类器件称为电荷藕合器件. .电荷藕合器件又分有电荷藕合器件又分有 线阵电荷耦合器件线阵电荷耦合器件 面阵面阵电荷耦合器件电荷耦合器件 线阵电荷耦合线阵电荷耦合( (摄像摄像) )器件把光器件把光敏元排列成直线的器件敏元排列成直线的器件. .其结构如图其结构如图. .它由它由MOSMOS光敏元阵列光敏元阵列、转移栅和读出转移栅和读出移位寄存器等部分组成移位寄存器等部分组成. .( (3)3)线阵电荷耦合器件线阵电荷耦合器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件( (如果是一个如果是一个10241024位的线阵器件位的线阵器件,

79、,那么那么该器件是由该器件是由10241024个光敏元个光敏元、10241024位读位读出移位寄存器和一个转移栅组成出移位寄存器和一个转移栅组成).).基本原理如图基本原理如图. . t t 在光敏元金属电极上施加一正电压脉冲在光敏元金属电极上施加一正电压脉冲 P P, ,当光敏元进行曝光当光敏元进行曝光( (或叫光积分或叫光积分) )时时, ,光敏元光敏元吸收附近的光生电荷；吸收附近的光生电荷； 第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)( (3)3)线阵电荷耦合器件线阵电荷耦合器件 基本原理基本原理接着转移栅关闭接着转移栅关闭, ,读

80、出移位寄存器上施加读出移位寄存器上施加的三相脉冲的三相脉冲 1 1、 2 2、 3 3开始工作开始工作, ,读出移位读出移位寄存器的输出端依次输出各位的信息寄存器的输出端依次输出各位的信息, ,直至直至最后一位的信息为止最后一位的信息为止. .( (这是一次串行输出的过程这是一次串行输出的过程) )在光积分结束时在光积分结束时, ,施加在转移栅上的转移施加在转移栅上的转移脉冲脉冲 t t, ,将转移栅打开将转移栅打开, ,此时每个光敏元所俘此时每个光敏元所俘获的光生电荷获的光生电荷, ,通过转移栅耦合到各自对应的通过转移栅耦合到各自对应的移位寄存器极下移位寄存器极下；( (这是一次并行转移的过

81、程这是一次并行转移的过程) ) t t 第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)( (3)3)线阵电荷耦合器件线阵电荷耦合器件 从上面分析可看出：从上面分析可看出：CCDCCD器件器件输出信息是一个个脉冲输出信息是一个个脉冲, ,脉冲的幅脉冲的幅度取决于对应光敏元所受的光强度取决于对应光敏元所受的光强, ,输出脉冲的频率与驱动脉冲输出脉冲的频率与驱动脉冲 1 1等等一致一致, ,因此因此, ,只要改变驱动脉冲的只要改变驱动脉冲的频率就可以改变输出脉冲的频率频率就可以改变输出脉冲的频率. .工作频率的下限主要受光生电荷工作频率的下限主要受

82、光生电荷的寿命所制约的寿命所制约, ,工作频率的上限工作频率的上限主要与界面俘获电荷的时间有关主要与界面俘获电荷的时间有关. . t t 面阵电荷藕合器件是把光敏元等面阵电荷藕合器件是把光敏元等排列成矩阵的器件排列成矩阵的器件. .有多种结构形式有多种结构形式. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(4)(4)面阵面阵电荷耦合器件电荷耦合器件场转移面阵电荷藕合器件结构图场转移面阵电荷藕合器件结构图它由一个光敏元面阵它由一个光敏元面阵、存储器面阵存储器面阵和读出移位寄存器和读出移位寄存器( (线阵线阵) )组成组成. .光敏元面阵可

83、视为由若干列线阵电光敏元面阵可视为由若干列线阵电荷藕合器件组成荷藕合器件组成, , 存储器面阵可视为存储器面阵可视为由若干列线阵读出寄存器组成由若干列线阵读出寄存器组成. .在光积分时间在光积分时间, ,各个光敏元曝光各个光敏元曝光, ,吸收光生电荷；吸收光生电荷； 曝光结束时曝光结束时, ,器件实行场转移器件实行场转移, ,在一在一瞬间内将原整场的光电图像迅速地转瞬间内将原整场的光电图像迅速地转移到存储器列阵中去移到存储器列阵中去, ,如图如图, ,将注脚为将注脚为 的光敏元中的光生电荷的光敏元中的光生电荷, ,分别转移到注脚相同的存储器单元中；分别转移到注脚相同的存储器单元中；此时光敏元开

84、始第二次光积分此时光敏元开始第二次光积分, ,而存而存储器列阵则将它里面存储的光生电荷储器列阵则将它里面存储的光生电荷信息一行行地转移到读出移位寄存器；信息一行行地转移到读出移位寄存器；第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(4)(4)面阵面阵电荷耦合器件电荷耦合器件场转移面阵电荷藕合器件结构图场转移面阵电荷藕合器件结构图 基本原理：基本原理： 如图为如图为 面阵面阵. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(4)(4)面阵面阵电荷耦合器件电荷耦合器件场转移面阵电荷藕合器件

85、结构图场转移面阵电荷藕合器件结构图在高速时钟驱动下在高速时钟驱动下, ,读出移位寄存读出移位寄存器输出每行中各位的光生电荷信息器输出每行中各位的光生电荷信息. .如第一次将如第一次将 这一行信息这一行信息转移到读出移位寄存器转移到读出移位寄存器, ,读出移位寄存读出移位寄存器立即将它们按器立即将它们按 的次序有的次序有规则地输出规则地输出. .接着再将转移过来的接着再将转移过来的 这一行信息输出这一行信息输出, ,直到直到最后输出最后输出 的信息为止的信息为止. . 基本原理：基本原理： 如图为如图为 面阵面阵. . 目前目前, ,用用CCDCCD制成的光电传感器已用于检测工件的制成的光电传感

86、器已用于检测工件的直径直径、钢板的厚度钢板的厚度、检查板材的表面质量检查板材的表面质量、识别图形和识别图形和文字等文字等. .有的国家利用它识别文字的功能有的国家利用它识别文字的功能, ,把它作为计把它作为计算机的输入装置算机的输入装置, ,来代替传统的光电穿孔输入机来代替传统的光电穿孔输入机. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)(4)(4)面阵面阵电荷耦合器件电荷耦合器件 光电位置敏感器件光电位置敏感器件(Position Sensitive Detector,(Position Sensitive Detector,简称简称

87、PSD)PSD)是一种对其感光面上入射光点位置敏感的器件是一种对其感光面上入射光点位置敏感的器件, ,也称为坐标光电池也称为坐标光电池. .即当光点在器件感光面的不同位置时即当光点在器件感光面的不同位置时, ,就对应有一个不同的输出电信号就对应有一个不同的输出电信号. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)(1)PSD(1)PSD的结构及基本原理的结构及基本原理I IN N PSDPSD一般为一般为PINPIN结构结构. . 其基本结构其基本结构是在硅板的底层表面以胶合方式制成是在硅板的底层表面以胶合方式制成二片均匀的二片均

88、匀的P P和和N N电阻层电阻层, , 在在P P和和N N电阻电阻层之间注入离子而产生层之间注入离子而产生I I层层, ,即本征层即本征层. .在在P P电阻层表面的两端各设置一输出极电阻层表面的两端各设置一输出极. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)(1)PSD(1)PSD的结构及基本原理的结构及基本原理 基本原理：基本原理：横向光电效应横向光电效应 当一束光从垂直与当一束光从垂直与P P的方向照射到的方向照射到PSDPSD的的I I层时层时, ,就会产生就会产生电子电子- -空穴对空穴对, ,在在PNPN电场的作用

89、下电场的作用下, ,空穴进入空穴进入P P区区, ,电子进入电子进入N N区区. .由于由于P P区杂质浓度相对较高区杂质浓度相对较高, ,空穴迅速沿空穴迅速沿P P区表面向两侧扩散区表面向两侧扩散, ,最终导致最终导致P P层空穴横向层空穴横向(X(X方向方向) )浓度梯度变化浓度梯度变化, ,这时同一层面上这时同一层面上不同位置呈现一定的电位差不同位置呈现一定的电位差. .PSDPSD通常工作在通常工作在反向偏压状态反向偏压状态. .PSDPSD的公共电极接正的公共电极接正电压电压, ,输出极输出极A A和和B B分分别接地别接地. .I IN NPSDPSD通常工作在通常工作在反向偏压状

90、态反向偏压状态. .PSDPSD的公共电极接正的公共电极接正电压电压, ,输出极输出极A A和和B B分分别接地别接地. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)(1)PSD(1)PSD的结构及基本原理的结构及基本原理 基本原理：基本原理： 横向光电效应当有光点照射在横向光电效应当有光点照射在P P点上时点上时, ,流经公共电极的流经公共电极的光生电流光生电流I I0 0与入射光强成正比与入射光强成正比, ,如果如果PSDPSD表面电阻层表面电阻层(P(P层层) )是是均匀的均匀的, ,流经流经P P层电极层电极A A和和B

91、B的电流的电流I IA A 、I IB B与光点到相应电极的与光点到相应电极的距离成反比距离成反比. .I I0 0=I=IA A+I+IB BI IN N将上面两式整理得将上面两式整理得: :可看出光点坐标可看出光点坐标 值值与总电流无关与总电流无关, ,即它不受即它不受光强变化的影响光强变化的影响, ,给测量给测量带来极大的方便。带来极大的方便。 PSDPSD有两种：有两种：一维一维PSDPSD和二维和二维PSDPSD。一维一维PSDPSD是用来测量光点在直线方向的运动位置是用来测量光点在直线方向的运动位置( (一维坐标一维坐标),),二维二维PSDPSD是用来测量光点在平面上的运动位置是

92、用来测量光点在平面上的运动位置( (二维坐标二维坐标).).基本原理与一维基本原理与一维PSDPSD相似相似. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)(1)PSD(1)PSD的结构及基本原理的结构及基本原理一维一维PSDPSD有一对信号电极有一对信号电极, ,一个公共电极和一个感光面一个公共电极和一个感光面, ,感光面是细长的矩形感光面是细长的矩形, ,也有少数是方形的也有少数是方形的. .一维PSD的等效电路一维PSD的外形结构图 第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PS

93、D)(PSD)(1)PSD(1)PSD的结构及基本原理的结构及基本原理二二维PSD的外形结构图 二二维PSD的外形等效电路二二维PSD的外形等效电路二维二维PSDPSD有两对相互垂直的信号电极有两对相互垂直的信号电极, ,它的感光面是方形的它的感光面是方形的. .二维二维PSDPSD按信号电极的差别又有两种形式按信号电极的差别又有两种形式. . 一种是相互垂直的两对信号电极在同一平面上一种是相互垂直的两对信号电极在同一平面上. .信号总信号总电流电流I I0 0被被 和和 两对信号电极分解两对信号电极分解, ,每一对电极的信号分解每一对电极的信号分解原理和前面所述的一样原理和前面所述的一样.

94、. 另一种是相互垂直的两对信号电极分别在正反两表面上另一种是相互垂直的两对信号电极分别在正反两表面上, , 信号电流先由一个面上的一对信号电流先由一个面上的一对 电极的两路输入电流汇合电极的两路输入电流汇合, ,然然后被另一面上的一对后被另一面上的一对 电极分解为两路输出电流电极分解为两路输出电流. .(2)PSD(2)PSD的主要特性的主要特性 响应速度响应速度 PSDPSD光电转换的响应速度与输出电阻及结电容的乘积光电转换的响应速度与输出电阻及结电容的乘积成反比成反比, ,因此因此, ,需要高速响应工作时需要高速响应工作时, ,应选用极间电阻小的应选用极间电阻小的PSD,PSD,在较大的反

95、偏置电压而且电容较小状态下使用在较大的反偏置电压而且电容较小状态下使用. .响应响应时间约为时间约为1us1us左右左右. . PSD PSD是非扫描型的是非扫描型的, ,比扫描型光敏器件比扫描型光敏器件(CCD(CCD、光电二极光电二极管阵列等管阵列等) )响应速度高得多响应速度高得多, ,比一般光敏二极管响应速度低比一般光敏二极管响应速度低. .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD) 位置分辨力位置分辨力 位置分辨力是指在位置分辨力是指在PSDPSD受光面上能检测的最小位置变化受光面上能检测的最小位置变化. .PSDPSD

96、是连续型的位置敏感器件是连续型的位置敏感器件, ,要比扫描型位置敏感器件更容要比扫描型位置敏感器件更容易达到较高的分辨力易达到较高的分辨力, ,有些有些PSDPSD分辨力可以高达百分之几微米分辨力可以高达百分之几微米. . 位置检测误差位置检测误差 PSDPSD位置检测是通过器件输出电流计算得到的位置检测是通过器件输出电流计算得到的, ,位置检测位置检测误差即光点位置与检测到的光点位置之差误差即光点位置与检测到的光点位置之差, ,最大约为全受光长最大约为全受光长度的度的2%2% 3% .3% .第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(P

97、SD)(2)PSD(2)PSD的主要特性的主要特性 可同时检测位置和光强可同时检测位置和光强 总电流总电流I I0 0与入射光强成正比与入射光强成正比,I,I0 0=I=IA A+I+IB .B . 用于同时检测光强时用于同时检测光强时, ,可将器件输出的位置信号电流可将器件输出的位置信号电流相加得到总电流相加得到总电流I I0 0, ,就可得到相应的入射光强就可得到相应的入射光强. . PSDPSD器件的一些具体特性参数使用时参看产品说明器件的一些具体特性参数使用时参看产品说明. . 第第七七章章 5 5 新型光电器件新型光电器件2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)(

98、2)PSD(2)PSD的主要特性的主要特性 以以PSDPSD作为敏感元件的传感器作为敏感元件的传感器, , 最基本的用处是最基本的用处是位置检测位置检测, ,所以它的基型是位置传感器所以它的基型是位置传感器, ,但也可以派生但也可以派生到测量其它参数到测量其它参数, ,目前已应用于测量位移目前已应用于测量位移、距离距离、振动振动、运动轨迹等运动轨迹等. . 有文献报道有文献报道, ,已有用已有用PSDPSD制成三维传感器制成三维传感器, , 来引导来引导机器手路径机器手路径, ,即把三维传感器测得空间位置信息反馈到即把三维传感器测得空间位置信息反馈到机器手机器手, ,控制机器手运动控制机器手运

99、动. .第第七七章章 光电式光电式传感器传感器1.1.科研科研( (四川四川255255厂厂) )获部级科技进步三等奖获部级科技进步三等奖 张文政张文政, ,刘小秋刘小秋, ,姜波姜波, ,魏桂香魏桂香. .一种快速火情控制器一种快速火情控制器. .火炸药火炸药, , 1986(3) 1986(3)：42-45.42-45.2.2.科研科研( (杨泉杨泉104104厂厂) )获校级科技进步一等奖获校级科技进步一等奖 魏桂香魏桂香, ,姜波姜波. .一种数字式红外火焰探测器一种数字式红外火焰探测器. .北京理工大学学报北京理工大学学报, , 1999,19(5) 1999,19(5)：660-6

100、62.660-662.6 6 光电器件的应用光电器件的应用1.1.光照特性光照特性2.2.光谱特性光谱特性3.3.响应时间响应时间( (频率特性频率特性) )4.4.峰值探测率峰值探测率5.5.温度特性温度特性6.6.伏安特性伏安特性1.1.外光电效应外光电效应2.2.内光电效应内光电效应 光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应1 1 概述概述2 2 光电效应光电效应3 3 光电器件的主要特性光电器件的主要特性第七章第七章 光电式光电式传感器传感器 课程小结课程小结 光电式传感器特点、用途及类型光电式传感器特点、用途及类型 光电传感器国内外的发展状况及发展方向光电传感器国内外的发展状况及发展方向4 4 光电器件及特性光电器件及特性第七章第七章 光电式光电式传感器传感器 课程小结课程小结5 5 新型光电器件新型光电器件6 6 光电器件的应用光电器件的应用1.1.光敏电阻光敏电阻( (光导管光导管) )2.2.光电池光电池3.3.光敏晶体管光敏晶体管4.4.光电管光电管1.1.电荷藕合器件电荷藕合器件(CCD)(CCD)2.2.光电位置敏感器件光电位置敏感器件(PSD)(PSD)