光电探测器光敏电阻
光电探测器基本原理
光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。光生伏特效应可分为：结光 电效应和横向光电效应。基于光生伏特效应的光电器件有：光电池，光敏二极管，光敏晶体管等。
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结光电效应原理：
p Ec EF Ev
光生空穴
p
-
光子
n
o 电离受主
--
+
--
+
电离施主 L
++ ++
x 光生电子
n
-
Lp
x
耗尽层 E i
x
Ln
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横向光电效应原理： 当半导体器件受到光照不均匀时，光照部分吸收入射光子能量产生电子-空穴对，光照部分载流子浓度比
未受光照部分载流子浓度大。就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。电子迁移率比空穴大，那 么，空穴扩散较电子扩散弱，而造成照射部分带正电，未被照射部分带负电。光照部分与未光照部分产生 光电动势。
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• 主要应用
●照相机自动测光
●光电控制
(Camera automation photometry) (Photoelectric control)
●室内光线控制 (Indoor sunlight control)
●工业控制 (Industrial control)
●光控灯 (Optical control lamp)
●光控音乐I.C (Optical control musicI.C)
●报警器 (Annunciator)
●光控开关 (Optical control switch)
●电子玩具 (Electronic toy)
光电探测器的几种类型
光电探测器的几种类型红外辐射光子在半导体材料中激发非平衡载流子电子或空穴、，引起电学性能变化。
因为载流子不逸出体外，所以称内光电效应。
量子光电效应灵敏度高，响应速度比热探测器快得多，是选择性探测器。
为了达到性能，一般都需要在低温下工作。
光电探测器可分为：1、光导型：又称光敏电阻。
入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。
从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。
截止波长由杂质电离能决定。
量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。
2、光伏型：主要是p－n结的光生伏特效应。
能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。
存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。
外电路就有电压或电流信号。
与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。
这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。
3、光发射－Schottky势垒探测器：金属和半导体接触，典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层为PtSi吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。
充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024×1024甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效率低的缺陷。
有严格的低温要求。
用这类探测器，国内外已生产出具有像质良好的热像仪。
PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPA。
4、量子阱探测器QWIP：将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。
电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。
利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。
90年代以来发展很快，已有512×512、640×480规模的QWIPGaAs/AlGaAs焦平面制成相应的热像仪诞生。
光敏电阻的简介
光敏电阻的简介如下是有关光敏电阻的简介：一．光敏电阻基本简介光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
二．光敏电阻基本原理1.光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻又称光导管, 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。
光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。
无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。
一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。
实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。
它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质, 半导体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相连接, 光敏电阻就通过引出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响, 在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜, 漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。
2.光敏电阻的主要参数（1）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。
（2）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻, 此时流过的电流称为亮电流。
光敏电阻介绍
光敏电阻介绍1. 光敏电阻的定义与原理光敏电阻，又称为光敏电阻器或光敏电阻器件，是一种能够根据光照强度变化来改变电阻值的电子元件。
它是基于光电效应的原理制作而成的。
光照在光敏电阻表面产生电流，进而改变电阻值，实现对光线的探测和测量。
光敏电阻的主要原理是光生导电效应，即当光敏电阻表面受光照射时，光子的能量被吸收，使得电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
光敏电阻一般由光敏材料制成，例如硒化铟、硒化锌等。
2. 光敏电阻的特点光敏电阻具有以下几个特点：•灵敏度高：光敏电阻能够对光强进行精确的测量和探测，具有较高的灵敏度；•响应速度快：由于光生导电效应的原因，光敏电阻的响应速度较快；•光照范围广：光敏电阻可以对不同波长的光进行探测，光照范围广；•结构简单：光敏电阻的结构相对简单，易于加工和制造；•使用方便：光敏电阻可以与其他电子元件进行方便的连接和组合，便于使用。
3. 光敏电阻的应用领域光敏电阻在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 光控开关光敏电阻可以作为光控开关的核心元件，实现对光线的控制。
通过监测光敏电阻的电阻变化，可以控制开关的状态，实现自动化控制。
3.2 光照度测量光敏电阻可以用来测量光照度，广泛应用于光照度传感器和光照度测量仪器中。
通过测量光敏电阻的电阻值变化，可以准确地反映出周围环境的光照强度。
3.3 光电检测光敏电阻可以用于光电检测领域，例如光电传感器和光电开关等。
通过监测光敏电阻的电流变化，可以实现对物体的检测和触发。
3.4 光电自动控制光敏电阻在光电自动控制方面也有广泛的应用。
例如在路灯自动控制系统中，使用光敏电阻来感知环境光照强度，通过控制电路来实现路灯的自动开关。
4. 光敏电阻的选型与使用在选择和使用光敏电阻时，需要考虑以下几个因素：4.1 光敏材料不同的光敏材料具有不同的特性和灵敏度，根据具体应用需求选择合适的光敏材料。
4.2 光敏电阻的电阻范围光敏电阻的电阻范围要满足实际应用需求，根据需要选择适当的电阻范围。
光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)
光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。
一、实验目的（1）加深对光谱响应概念的理解； （2）掌握光谱响应的测试方法；（3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
二、实验内容（1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线； （2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
三、基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度()λV ℜ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为()()()λλλP V V =ℜ （1－1）而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示()()()λλλP I i =ℜ （1－2） 式中， P (λ)为波长为λ时的入射光功率；V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压；I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见，()λV ℜ和()λi ℜ均可以用()λℜ表示。
但在具体计算时应区分()λV ℜ和()λi ℜ，显然，二者具有不同的单位。
通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器（基准探测器）。
即使用一个光谱响应度为()λfℜ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
光敏电阻百科
光敏电阻百科
简介
光敏电阻是一种无极性的纯电阻，其阻值随入射光的强弱而改变。
[2]
光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器，其工作原理是基于内光电效应。
光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。
光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。
光敏电阻的特殊性能，随着科技的发展将得到极其广泛应用。
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
光敏电阻型号及参数
光敏电阻型号及参数光敏电阻，也被称为光敏电阻器或光电导电阻器，是一种用于测量光强度的电阻器件。
它的电阻值会随着周围光照强度的变化而变化。
下面是几个常见的光敏电阻型号及其参数：1.GL5528-最大光敏电阻值：20MΩ- 光敏特性：响应波长400-700nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：室内光控制设备、室外太阳能照明系统、安全系统等。
2.LDR5528-最大光敏电阻值：20MΩ- 光敏特性：响应波长540nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：自动照明系统、相机调焦控制、电子血压计等。
3.VT90N2-最大光敏电阻值：5MΩ- 光敏特性：响应波长400-1000nm- 外观：方形，尺寸为5.8mm x 4.8mm x 2.0mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：光电开关、光电传感器、荧光检测等。
4.PRM7510-最大光敏电阻值：100KΩ- 光敏特性：响应波长380-1000nm- 外观：圆形，直径为6mm-工作温度范围：-20°C至+80°C-主要应用：计时器、自动控制系统、光电探测器等。
5.CDS-5-最大光敏电阻值：1MΩ- 光敏特性：响应波长400-700nm- 外观：圆形，直径为5mm-工作温度范围：-30°C至+70°C-主要应用：室内照明控制、安防系统、电子游戏机等。
以上只是部分常见的光敏电阻型号和参数，市场上还有很多其他型号的光敏电阻可供选择。
在选择光敏电阻时，需要根据具体应用需求来选择合适的型号，如测量范围、响应波长、工作温度范围等。
此外，还需根据电路设计的要求考虑光敏电阻的尺寸、灵敏度、稳定性等因素。
光电探测器特性测试实验
频率特性：非平衡载流子的产生与复合都有一个时间过程，在一定程度上影响了光敏电阻对变化光照的响应。
光照特性：即光生电动势，光电流与照度的关系。
光谱特性：取决于所采用的材料与制作工艺，同时也与温度有关。
频率特性：除了载流子运动因素外，还与材料，结构，光敏面的大小及使用条件有关。负载电阻越大、光敏面积越大、结电容越大，频率响应越差。
光电探测器特性测试实验
光电探测器是一种将辐射能转换成电讯号的器件，是光电系统的核心组成部分，在光电系统中的作用是发现信号、测量信号，并为随后的应用提取某些必要的信息。光电探测器的种类很多，新的器件也不断出现，按探测机理的物理效应可分为两大类：一类是利用各种光子效应的光子探测器，另一类是利用温度变化的热探测器。
1、光敏电阻
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管．它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流电压，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。
光谱响应特性：由所用半导体材料的禁带宽度决定。PbS
2、光敏二极管
光敏二极管是一种光伏探测器，主要利用了PN结的光伏效应。对光伏探测器总的伏安特性可表达为
式中I中是流过探测器总电流，Iso二极管反向饱和电流，Is是光照时的光电流，q是电子电荷，V是探测器两端电压，k为玻耳兹曼常数，T器件绝对温度。
光电技术 第4-2节 光电导探测器
所谓短态前历效应是指被测光敏电阻在 无光照条件下放置一段短时间（如三分钟） 后，再在1lx光照下测量它在不同时刻的阻值 （如1秒后的阻值）R1 ，求出此阻值与稳态 时阻值R0的百分比R1/R0，这就是短态前历效 应或暗态前历效应。所谓中态前历效应是将 光敏电阻在无光照条件下存放24小时，在 100lx光照度下放置15分钟，再放在100lx下 测阻值 R2 ，则中态前历效应为（又称亮态前 历效应）。 R2 R1
R1 100%
附：光敏电阻暗态前历效应：
时间s 阻值k
时间s 阻值k
1 6.5 20 5.2
R1/R2
2 6 30 5.2
77 ﹪
5 5.5 60 5.1
10 5.2 90 5.0
15 5.2 120 5.1
Cd S 亮态前历效应：
元件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 R1（ k） R2( k) 2.74 2.89 5.06 5.24 2.25 2.39 2.42 2.60 1.45 1.48 2.23 2.31 3.58 3.69 5.40 5.62
在弱光下， 1 称直线性光电导。在强光照时 =0.5，在其它光照时，0.5≤ ≤1。 一般，光电流和照度关系曲线如右。在 实际应用范围（0.1～104lux），有可能制造 出 接近于1的光敏电阻，这时应有
I p S gVE g p E
式中 g p S gV 称为光电导 在器件中流过的电流是光电流 I p与暗电流 I d 之 和。
由光电导效应可知，光敏电阻在受到光照或停 止光照时，光生载流子的产生或消失都要经过一段 时间，这就是光敏电阻的响应时间或驰豫时间。它 t 反映了光敏电阻的惰性。 p (t ) p0 exp( ) 此处 是光敏电阻的下降时间。在突然加光照时，
光导探测器——光敏电阻
4.4.2 工作特性
4. 前历效应 指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种 现象。即测试前光敏电阻所处状态对光敏电阻特性的影 响。 暗态前历效应： 亮态前历效应：
1-黑暗放置3分钟后 2-黑暗放置60分钟后 3-黑暗放置24小时后
4.4.2 工作特性
5. 稳定特性 光敏电阻的阻值随温度变化，但温度稳定性在中等光 照时较好。如CdS光敏电阻的温度系数在10 lx照度时为 零，照度高于10 lx时，温度系数为正，小于10 lx时，温 度系数为负。 在低温环境下（零下），光敏电阻的响应速度变慢； 如在-30º C时的响应速度是20º C时的20倍。 光敏电阻的允许功耗，随环境温度升高而降低。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
匹配工作状态
RL Rg Rd / Rg 越大越好
4.4.2 工作特性
2. 光照特性和伏安特性
伏安特性 •高频时，光敏电阻的电容效应不能忽略（因为为了提
高电流增益，往往减小电极间距离，却使电容增大)， 该效应使得响应时间增大，响应频率减小； •偏置电压的选取应使得光敏电阻的消耗功率小于允许 的最大耗散功率，否则将损坏。
4.4.2 工作特性
6. 噪声特性 主要为热噪声、产生复合噪声 、1/f 噪声； 噪声与频率的关系：
2 IN
1 躁声 f
产生 复合躁声
热躁声
0
lg f
减小噪声的措施：
•红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的f •制冷，降低热噪声；
;
•选择恰当的偏置电路，提高信噪比。
4.4.3 光敏电阻的特点
条件下，
i KuP
照度特性和伏安特性都认为是线性的。
4.4.2 工作特性
2. 光照特性和伏安特性
光电探测器光敏电阻
三、光电转换定律
➢ 光电探测器的作用是将光辐射能转换成易于测量的电学 量，所以光电探测器实质上是一种光－电转换器件。
➢ 光子入射到光电探测器上所产生的光电流，如果光子能
量大于探测器材料的禁带宽度，在观察时间t内，它产 生的平均光电子数为N，则根据量子理论分析的结果， N 与入射的平均光辐射能量成正比，即
GeCd 0.06
20.7
1.1
SiAs 0.0537 23.1
CdSe
1.8
0.69
SiBi 0.0706 16.3
CdS PbSe
2.4 0.23
0.52 5.4
SiP SiIn SiMg
0.045 0.165 0.087
27.6 7.5 14.3
14
光电探测器的噪声
➢ 噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 ➢ 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响 对信号特别是微弱信号的正确探测。 ➢ 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测 系统的噪声所限制。 ➢ 在精密测量、通信、自动控制等领域，减小和 消除噪声是十分重要的问题。
10
1.光电探测器的量子效率，即单位时间内探测器传输出的光电 子数与入射到探测器表面的光子数之比；
2.根据测量光信号大小，探测器能输出多大的电信号，即探测 器的响应率大小。
3.探测器的光谱响应范围是否同测量光信号的相对光谱功率分 布一致。
4.对某种探测器，它能探测的极限功率是多少——需要知道探 测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
9
光电探测器的主要特性参数
判断光电探测器的优劣的指标，以及根据特定的要求
恰当地选择探测器的依据。
① 在工作波长上具有高的响应度，即对一定的 入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；
光电探测_电路实验报告
一、实验目的1. 了解光电探测的基本原理和电路组成。
2. 掌握光电探测器电路的设计方法和实验技能。
3. 熟悉光电探测器的性能测试方法，并分析实验结果。
二、实验原理光电探测器是将光信号转换为电信号的器件，其基本原理是光电效应。
当光照射到光电探测器上时，会产生光生电子，从而在探测器两端产生电信号。
本实验主要研究光电二极管和光敏电阻两种光电探测器。
三、实验仪器与设备1. 光源：LED灯、激光器等。
2. 光电探测器：光电二极管、光敏电阻等。
3. 放大器：低频放大器、高频放大器等。
4. 测量仪器：示波器、万用表、信号发生器等。
5. 实验电路板：包含光电探测器、放大器、电源等组件。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试（1）搭建实验电路，将光电二极管与低频放大器相连，并接入电源。
（2）调整光源，使光照射到光电二极管上。
（3）使用示波器观察光电二极管输出信号的波形和幅度。
（4）改变光源强度，观察光电二极管输出信号的变化，分析光电二极管的响应特性。
2. 光敏电阻特性测试（1）搭建实验电路，将光敏电阻与低频放大器相连，并接入电源。
（2）调整光源，使光照射到光敏电阻上。
（3）使用示波器观察光敏电阻输出信号的波形和幅度。
（4）改变光源强度，观察光敏电阻输出信号的变化，分析光敏电阻的响应特性。
3. 光电探测器电路设计（1）根据实验要求，设计光电探测器电路，包括光电探测器、放大器、滤波器等组件。
（2）搭建实验电路，并接入电源。
（3）调整电路参数，使光电探测器电路满足实验要求。
4. 光电探测器电路性能测试（1）使用示波器观察光电探测器电路输出信号的波形和幅度。
（2）调整光源强度，观察光电探测器电路输出信号的变化，分析电路性能。
五、实验结果与分析1. 光电二极管特性测试结果（1）光电二极管输出信号随光源强度增加而增强，符合光电效应原理。
（2）光电二极管输出信号具有较好的线性关系，适合用于光电检测。
2. 光敏电阻特性测试结果（1）光敏电阻输出信号随光源强度增加而减小，符合光敏电阻特性。
光电探测器探测率定义
光电探测器探测率定义光电探测器探测率是指光电探测器对光信号进行探测的能力。
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，常见的光电探测器包括光敏电阻、光敏二极管、光电倍增管、光电二极管等。
光电探测器的探测率受到多个因素的影响，包括光电探测器的结构、材料、工作方式以及光信号的强度等。
首先，光电探测器的结构对其探测率起着重要作用。
不同类型的光电探测器具有不同的结构特点，如光敏电阻是通过光敏材料的电阻变化来实现光信号的探测，而光敏二极管则是通过光敏材料的光电效应来实现光信号的探测。
不同结构的光电探测器在探测率上会有所差异。
光电探测器的材料也对其探测率有一定影响。
光电探测器常用的材料有硅、锗、铟镓砷化物等。
不同材料的光电探测器具有不同的光电特性，如硅材料对可见光的响应较弱，而铟镓砷化物材料对红外光的响应较强。
因此，选择合适的材料对于提高光电探测器的探测率至关重要。
光电探测器的工作方式也会对其探测率产生影响。
光电探测器的工作方式主要包括光电导、光电流、光电压等。
不同工作方式的光电探测器对光信号的探测灵敏度和速度有所不同，因此会对探测率产生影响。
光信号的强度也是影响光电探测器探测率的重要因素之一。
光信号的强度越强，光电探测器转换为电信号的效率就越高，从而提高了探测率。
因此，在实际应用中，通常会通过增加光源的强度来提高光电探测器的探测率。
光电探测器的探测率受到多个因素的影响，包括结构、材料、工作方式和光信号强度等。
合理选择光电探测器的结构和材料，并根据实际需求确定工作方式和光信号强度，可以提高光电探测器的探测率。
光电探测器在光通信、光电子仪器、光电子信息处理等领域有着广泛的应用，其探测率的提高将进一步推动这些领域的发展。
光电探测器(光敏电阻与光电二极管)
在光照下，物体向表面以外空间发射电子（即光电子）的现象称为光电发射效应。能产生光电发射效应的物体称为光电发射体，在光电管中又称为光阴极。
著名的爱因斯坦方程描述了该效应的物理原理和产生条件。爱因斯坦方程是
式中， ，是电子离开发射体表面时的动能，m是电子质量， 是电子离开时的速度； 是光子能量； 是光电发射体的功函数。该式的物理意义是：如果发射体内的电子所吸收的光子的能量h 大于发射体的功函数 的值，那么电子就能以相应的速度从发射体表面逸出。光电发射效应发生的条件为
以上我们说明了三种光子效应，下面我们再说明两种常用的光热效应。
1.3.5温差电效应
当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体），两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为温差电动势。回路中就有电流流通。如图1. 3一4所示，如果我们把冷端分开并与一个电表相接，那么当光照熔接端（称为电偶接头）时，吸收光能使电偶接头温度升高，电表A就有相应的电流读数，电流的数值就间接反应了光照能量大小。这就是用热电偶来探测光能的原理。实用中，为了提高测量灵敏度，常将若干个热电偶串联起来使用，称为热电堆，它在激光能量计中获得应用。
（1 .3一7）
式中e是电子电荷量。如果半导体的截而积是A，则其电导（亦称为热平衡暗电导）G为
（1 .3一8）
所以半导体的电阻 （亦称暗电阻）为
式中 是其电阻率（Ω cm）。
现在我们说明半导体的概念。参看图1.3-1，光辐射照射外加电压的半导体。
图1.3-1说明光电导用图
如果光波长 满足如下条件:
式中， 是禁带宽度， 是杂质能带宽度。那么光子将在其中产生出新的载流子（电子和空穴）。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量△n和△p。这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子，我们现在称之为光生载流子。显然，△P和△n将使半导体的电导增加一个量△G，我们称之为光电导。相应于本征和杂质半导体就分别称为本征和杂质光电导。
光电探测器的分类介绍
光电探测器的分类介绍光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件。
在实际应用中，光电探测器具有广泛的应用场景，如通讯、光学测量、医学、物理实验等领域。
本文将主要介绍光电探测器的分类。
光电探测器基本原理光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件。
其基本原理是光电效应。
光电效应是指当光束照射到金属表面时，引起金属表面电子的发射现象。
这些被发射出来的电子称为光电子。
当光束照射到半导体材料表面时，也会发生类似光电效应的现象，只是光电子的数量较少。
当有光照射到光电探测器的光敏元件上时，光子被吸收并在光敏元件内部产生光电子。
这些光电子被电场引导到输出端，形成电流或电压信号。
光电探测器的分类按探测原理分类1.光电管：通过光电效应将光信号转换为电信号，主要应用于光电倍增管和光电发射管中。
2.光敏电阻：光敏电阻是一种基于光电效应原理，将光能转换成电能的敏感元件，可以用作光电控制器中的光检测器。
3.光敏二极管：光敏二极管是一种利用半导体材料反向偏置增加电场强度，从而增加光电转换效率的光敏元件，主要应用于光电计数器、光电定位器、高速光电开关、丝印电路检测等场合。
4.热释电探测器：热释电探测器利用被测物质向热释电元件放出热量，使元件温升，从而感应出测量信号，主要应用于红外辐射测量中。
5.光电二极管：光电二极管是一种结构简单、响应速度快的光敏元件，主要应用于高速数据通讯和数字测量。
6.晶体管光敏电阻：晶体管光敏电阻又称晶体管光敏电阻复合体，是将晶体管与光敏电阻结合起来制成的元件，能够同时完成信号增强和光电转换的功能。
主要应用于测量、声音放大等领域。
按工作波段分类光电探测器按照工作波段的不同也可以分为多种类型，如下：1.紫外光探测器：工作波长在300nm以下。
2.可见光探测器：工作波长在400nm~700nm范围内。
3.红外光探测器：工作波长在700nm以上至几微米范围内。
4.远红外/热成像探测器：工作波长在几微米至1000微米之间。
光电元件知识点总结
光电元件知识点总结一、光电元件的定义光电元件是一种可以把光信号转换成电信号的器件，或者把电信号转换成光信号的器件。
光电元件具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等特点，广泛应用于光通信、光电子、光电测量、光电开关等领域。
二、光电元件的分类光电元件主要包括光电探测器、光电脉冲调制器、光发射器件等几大类。
其中光电探测器主要包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电场效应管等；光电脉冲调制器主要包括光电开关、光电倍增管、光电触发器等；光发射器件主要包括LED、LD、光电继电器等。
三、光电二极管光电二极管是一种将光信号转换为电信号的器件。
它主要由PN结及PN结两侧的金属电极组成。
当光线照射到PN结上时，光子能量会导致PN结的电子和空穴对被激发出来，从而产生电流。
光电二极管的工作波长范围取决于所使用的半导体材料，一般包括可见光和红外光等不同波长范围。
四、光电三极管光电三极管是一种依靠光信号控制电信号的器件。
它是在三极管基础上加上一个光敏电阻接在基极和发射极间的器件，当光线照射到光敏电阻上时，会改变光敏电阻的电阻值，从而影响基极与发射极之间的电流。
光电三极管的输出电流与输入光信号的强度呈线性关系。
五、光敏电阻光敏电阻是一种可以将光信号转换为电阻信号的器件。
它是一种半导体材料加工成薄膜状，当光线照射到其表面时，光子能量会激发出电子和空穴对，从而改变材料的电阻值。
光敏电阻的灵敏度取决于其材料的光敏特性和加工工艺。
六、光电场效应管光电场效应管是一种可以将光信号转换为电信号的器件。
它采用光电效应和场效应相结合的原理来实现。
当光线照射到场效应管的栅极上时，会激发出光电子，从而改变栅极和源极之间的电流，实现光信号的转换功能。
七、光电开关光电开关是一种利用光信号控制电信号开关的器件。
它主要由发光器件和光敏探测器两部分组成，当光线照射到光敏探测器上时，会产生电信号，从而控制开关的闭合和断开。
八、光电倍增管光电倍增管是一种可以将光信号转换为电信号并进行放大处理的器件。
遮光型光电探测器工作原理
遮光型光电探测器工作原理遮光型光电探测器是一种常见的光电检测器件，其工作原理是通过光的遮挡来控制电流的变化。
在光照条件下，光电探测器会产生一个电流信号，当光照被遮挡时，电流信号会减小或消失。
光电探测器的核心部件是光敏电阻，它是一种特殊的电阻，其电阻值会随着光照强度的变化而变化。
光敏电阻是由一种特殊的半导体材料制成，其材料中掺杂了一定量的光敏剂，使得材料对光的敏感度增强。
当光照到达光敏电阻时，光子会激发光敏剂中的电子，使其跃迁到导带中。
这些激发的电子会导致光敏电阻中的电荷分布发生变化，从而改变了电阻值。
当光照强度增加时，光敏电阻的电阻值减小；当光照强度减小或完全遮挡时，光敏电阻的电阻值增加。
光敏电阻的电阻变化会导致光电探测器的电流变化。
通常，光电探测器会将光敏电阻与一个电流源连接在一起，形成一个电路。
当光照较强时，光敏电阻的电阻值较小，电流通过光敏电阻时会较大；当光照减小或遮挡时，光敏电阻的电阻值增大，电流会减小或消失。
为了更好地检测光信号的变化，光电探测器通常还会配备一个信号放大器。
信号放大器可以将光电探测器输出的微弱电流信号放大，使得信号能够被后续的电路或设备所处理。
光电探测器的工作原理使其在很多领域得到了广泛的应用。
例如，在自动化控制系统中，光电探测器可以用来检测物体的存在或位置，实现自动化的检测与控制。
在光通信领域，光电探测器可以用来接收和转换光信号，实现光信号的传输与接收。
此外，光电探测器还可以用于光谱分析、光学测量、医学影像等领域。
总结起来，遮光型光电探测器是一种利用光敏电阻的电阻变化来检测光信号的器件。
通过光的遮挡来控制电流的变化，光电探测器能够实现对光信号的检测与控制。
其工作原理简单有效，应用范围广泛。
随着科技的不断进步，光电探测器的性能和应用领域也在不断拓展，为各行各业的发展带来了更多的可能性。
光敏电阻
（3）InSb 在77k下,噪声性能大大改善 峰值响应波长为5µm 响应时间短（大约50×10-9s）
（4）HgxCd1-xTe 4 Hg Te探测器 化合物本征型光电导探测器,它是由HgTe和GdTe两 种材料混在一起的固溶体,其禁带宽度随组分x呈线 性变化。 当x=0.2时响应波长为8～14µm,工作温度77k，用液 氮致冷。 21
5
6
（2）光照特性：光敏电阻的光照特性是描 ）光照特性： 述光电流和光照强度之间的关系， 述光电流和光照强度之间的关系，不同材 料的光照特性是不同的， 料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电 阻光照特性是非线性的。 阻光照特性是非线性的。图46-3为硫化镉 为硫化镉 光敏电阻的光照特性。 光敏电阻的光照特性。
7
8
（3）光谱特性：光敏电阻对入射光的光谱 ）光谱特性： 具有选择作用， 具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的 入射光有不同的灵敏度。 入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对 光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电 阻的光谱特性，亦称为光谱响应。图46-4 阻的光谱特性，亦称为光谱响应。 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对 应于不同波长， 应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同 的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲 线也不同。 线也不同。
1
1. 光敏电阻的结构和偏置电路
以CdS光敏电阻为例
2
2. 工作特性
（1）光敏响应特性
3
2.光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有： 光敏电阻的主要参数有： 1）暗电阻:光敏电阻在不受光照射时的阻 （1）暗电阻:光敏电阻在不受光照射时的阻 值称为暗电阻， 值称为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电 流 （2）亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻 ）亮电阻： 称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 （3）光电流：亮电流与暗电流之差称为光电 ）光电流： 4 流。
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等效噪声功率和探测率
➢显然，NEP值越小越好，这是表示光电 探测器探测能力的重要参数。
➢一个较好的光电探测器的等效噪声功率 约为10-11瓦左右。
5.当测量调制或脉冲光信号时，探测器输出电信号是否能正确 反映光信号的波形—探测器的响应时间。
6.当测量的光信号幅度变化时，探测器输出的信号幅度是否能 线性地响应。
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等效噪声功率和探测率
➢ 当入射功率小至使信号电流和噪声电流相等时， 信号与噪声难以分辨，器件就失去了探测辐射的 能力。因此要考虑器件的噪声，通常用噪声等效 功率NEP和探测率D*来描述器件的极限探测本领， 即最小可探测功率。
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光电探测器的噪声
信号的随机起伏
白噪声和1/f噪声
在系统中任何虚假的或不需要的信号统称为噪声（随机，不可
预知）。系统的噪声可分为来自外部的干扰噪声和内部噪声。
来自外部的干扰噪声又可分为人为干扰噪声和自然干扰噪声；
系统内部噪声也可分为人为噪声和固有噪声。
16
光电探测器的噪声
通常把噪声这个随机的时间函数进行傅氏频谱分析， 得到噪声功率随频率变化关系，这就是噪声的功率谱 s(f)。 根据噪声的功率谱与频率的关系，常见有两种典型情 况：一种是功率谱大小与频率无关的噪声，通常称为 白噪声；一种噪声是功率谱与1/f成正比，称为1/f 噪声。
N Q(t) / h
7Hale Waihona Puke 而入射的瞬时光辐射能量为：
Q(t) t0t P(t)dt t0
式中，P(t)是光辐射的瞬时功率。 一般来说，它是一个随机量，如果P(t)在观察时间t内没
有明显的改变，则W(t)P(t) t。由此可得光电探测器输出
的平均光电流表达式：
IP
eK t
e h
P(t)
e h
P
式中P为入射光辐射的平均功率。此式描述了光－电转换的
GeCd 0.06
20.7
1.1
SiAs 0.0537 23.1
CdSe
1.8
0.69
SiBi 0.0706 16.3
CdS PbSe
2.4 0.23
0.52 5.4
SiP SiIn SiMg
0.045 0.165 0.087
27.6 7.5 14.3
14
光电探测器的噪声
➢ 噪声在实际的光电探测系统中是极其有害的。 ➢ 由于噪声总是与有用信号混在一起，因而影响 对信号特别是微弱信号的正确探测。 ➢ 一个光电探测系统的极限探测能力往往受探测 系统的噪声所限制。 ➢ 在精密测量、通信、自动控制等领域，减小和 消除噪声是十分重要的问题。
10
1.光电探测器的量子效率，即单位时间内探测器传输出的光电 子数与入射到探测器表面的光子数之比；
2.根据测量光信号大小，探测器能输出多大的电信号，即探测 器的响应率大小。
3.探测器的光谱响应范围是否同测量光信号的相对光谱功率分 布一致。
4.对某种探测器，它能探测的极限功率是多少——需要知道探 测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
光阴极 6
三、光电转换定律
➢ 光电探测器的作用是将光辐射能转换成易于测量的电学 量，所以光电探测器实质上是一种光－电转换器件。
➢ 光子入射到光电探测器上所产生的光电流，如果光子能
量大于探测器材料的禁带宽度，在观察时间t内，它产 生的平均光电子数为N，则根据量子理论分析的结果， N 与入射的平均光辐射能量成正比，即
光电探测器及光电导探测器
1
光电探测器及光电导探测器
❖ 光电探测器的物理基础、分类 通常需考虑特性参数； 常用的光电导探测器原理和特性。 光电探测器的噪声
❖ 光电导探测器的电路偏置
2
光检测器件的分类
根据工作机理不同分为：光电探测器和热电探测器。
3
光检测器件
光电器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
响应快，吸收辐射产生信号 响应慢，一般为几毫秒 需要的时间短， 一般为纳 秒到几百微秒
5
二、光电探测器原理
光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件
光辐射量
光电探测器
电量
• 光电探测器利用材料的光电效应制成。 • 外光电效应、内光电效应。 • 光电导效应、光生伏特效应及光磁电效应均
属于内光电效应。
固体器件
光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光纤传感器 电荷耦合器件
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电
阻 热释电探测器
4
光检测器件的特点
光电器件
热电器件
响应波长有选择性，一般有 响应波长无选择性，对可见
截止波长，超过该波长，器 件无响应。
光到远红外的各种波长的辐
射同样敏感
17
一般光电检测系统的噪声可分为三类： （1）光子噪声 包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。 （2）探测器噪声 包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f 噪声；
温度噪声。 （3）信号放大及处理电路噪声
光电测量系统噪声分类
基本定律。
8
从光电转换定律可知： ①光电探测器输出的光电流与入射平均光功率成正比，
因此，一个光子探测器可视为一个电流源。 ②由于平均光功率与光电场强度的平方成正比，所以
光电探测器输出的光电流也与光电场强度的平方成 正比。也就是说，光电探测器的响应具有平方律特 性。因此，通常称光电探测器为平方律探测器，或 者说，光电探测器本质上是一个非线性器件。
9
光电探测器的主要特性参数
判断光电探测器的优劣的指标，以及根据特定的要求
恰当地选择探测器的依据。
① 在工作波长上具有高的响应度，即对一定的 入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；
② 具有快的响应速度，能适用于高速或宽带系统； ③ 具有低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； ④ 具有良好的线性关系，以保证信号转换不失真； ⑤ 具有体积小、工作寿命长等。
➢探测率 ➢归一化探测率D*
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常见半导体及掺杂半导体的能隙Eg及最大响应波长max 材料 Eg (eV) max (m) 材料 Eg (eV) max (m)
InSb PbS Ge
Si
0.22 0.42 0.67 1/12
5.5
GeHg 0.09
13.8
3.0
GeCu 0.041 30.2
1.9