光电检测技术与应用第3章光电检测器件
光电检测技术-教学大纲6
光电检测技术教学大纲一、课程基本信息课程名称：光电检测技术（Optoelectronic Detection Technology）课程对象: 光学、通信、自动化等专业课程类别：选修课课程学时：32二、教学目的及要求光电检测技术是电子信息学科的主要应用课程之一，她综合了光电子学、模拟电路、数字电路、计算机接口技术等学科的内容，是光学、通信、自动化控制等专业可选修的重要专业课程。
本课程的目的：在牢固掌握光辐射度量和半导体物理的基本规律、基本理论基础上，学习工业生产中实际使用的光电、热电检测器件、发光器件的原理、分类和选用，再结合实际检测需要设计检测电路、检测系统，培养学生对实际光电检测系统的分析和设计能力，掌握从理论到生产实践应用的过程、方法及分析解决具体实际问题的能力，同时也为毕业工作的起到桥梁作用。
本课程的基本要求：1．牢固掌握光电检测系统的用到的三大基本理论（辐射与光度量、半导体物理、光电效应）和电路的基本定理。
2．牢固掌握光电检测器件的原理、分类、性能参数指标及其应用选择。
3．熟悉了解热电检测器件的原理、分类、性能参数指标及其应用选择。
4．掌握发光与耦合器件的基本原理、结构、性能参数指标及其应用选择。
5．牢固掌握光电信号的数据采集方法以及与PC机接口进行数据处理方法，学会在实际检测系统中的接口和编程。
三、教学内容第一章绪论第二章光电检测技术基础（4学时）课程要求: 光的基本性质和光辐射度量；半导体物理基础；光电效应。
2.1 光的基本性质2.2 辐射与光度学量2.3 半导体基础知识2.4 光电效应第三章光电检测器件（6学时）课程要求:器件的性能参数、真空器件、半导体器件，各类器件的性能比较和应用选择。
3.1 光电器件的类型与特点3.2光电器件的基本特性参数3.3 半导体光电器件•光电导器件:光敏电阻•光伏器件: 光电池/光电二极管/三极管3.4 真空光电器件•光电管•光电倍增管3.5 热电检测器件•热敏电阻•热电偶和热电堆•热释电探测器件第四章发光、耦合和成像器件（4学时）课程要求:发光二极管、激光器、光电耦合器件。
(完整版)光电检测技术与应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦--- 红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描--- 线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm 的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm 的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
光电检测技术的研究与应用
光电检测技术的研究与应用随着科技不断发展，各种新技术、新材料不断涌现。
其中，光电检测技术是指应用光电效应、光电传感等基础原理开发制造的各种光电检测器件和系统，广泛应用于光学通讯、医疗、环境监测、工业制造等领域。
本文将从光电检测技术的基本原理、研究现状及应用进行阐述。
一、光电检测技术基本原理光电检测技术是指应用光电效应（包括内光电效应、外光电效应）、光电传感等基础原理开发制造的各种光电检测器件和系统。
光电效应是指材料因受到电磁辐射的照射，而引起电子的运动并产生电信号的现象。
主要有三种光电效应：内光电效应、外光电效应和热电效应。
其中最常用的是外光电效应，即当光照射到光电器件表面时，会释放出电子，产生电子流，电子流的大小与照射到的光强度呈正比。
光电传感器是指将外界的光信号转换为电信号进行测量的一种传感器件。
光电传感器具有线性范围广、响应灵敏、零点稳定、无机械零件、非接触式测量等优点。
常见的光电传感器有：光电开关、光电编码器、光电传感器等。
二、光电检测技术研究现状目前，国内外对于光电检测技术的研究和发展都非常活跃，主要体现在以下几个方面：1.制备新型光电材料的研究：新型光电材料的制备对于进一步提高光电检测技术的性能至关重要，如新型薄膜光伏材料的研究。
2. 提高光电传感器性能的研究：目前国内外对光电传感器的研究主要集中在提高其精度、响应速度、质量稳定性和使用寿命等多方面。
3. 光电检测技术在实际应用中的研究：光电检测技术广泛应用于通讯、医疗、环境监测、人工智能等领域。
三、光电检测技术的应用1. 通讯领域光电检测技术在通讯领域的应用主要是光通讯。
光通讯是使用光在通信中传输信息的技术。
在光通讯中，光电器件起着非常关键的作用。
例如，用于转换和放大光信号的光电检测器件、光放大器等，它们的性能直接影响到光通讯系统的传输能力和传输距离。
2. 医疗领域光电检测技术在医疗领域主要应用于光学生物成像和光治疗两个方面。
在生物成像中，光电检测器件被用于检测人体内部的光信号，为医生提供用于诊断疾病的图像信息；在光治疗中，光电检测技术被用于治疗癌症、皮肤病等，通过使用红外光线热疗等方法来消灭病菌或减轻疾病的症状。
光电检测技术复习三(光生伏特器件)
问题四 半导体光电器件的特性参数与选择 1 半导体光电器件的特性参数 半导体光电器件主要包括光电导器件与光生伏特器件等两大类， 要根据具体情况选择不 同特性参数的器件。 光谱响应（nm） 光电器件 短 波 长 400 300 750 400 峰值 640 长 波 长 900 122 0 灵敏 度 (A/W ) 1A/l m 0.30.6 0.30.8 0.30.6 输出电 流(mA) 光电 响应 特性 非线 性 动态特性 频率 响应 (MHz) 0.001 上升时 间 (μ s) 200-10 00 ≤0.1 ≤100 ≤ 0.002 ≤0.1 电源 及偏 置 交、 直流 三种 偏置 暗电 流与 噪声
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
第三章 光生伏特器件 问题一 硅光生伏特器件 硅光生伏特器件具有制造工艺简单、 成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特 器件。 问题二 硅光电二极管 硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN 结硅光电二极管为 最基本的光生伏特器件。 1 工作原理—基于 PN 结的光伏特效应 2 基本结构 1) 光电二极管可分为以 P 型硅为衬底的 2DU 型 与以 N 型硅为衬底的 2CU 型两种结构形式。 如图 3-1（a）所示的为 2DU 型光电二极管的 原理结构图。 2) 图 3-1（c）所示为光电二极管的电路符号，其 中的小箭头表示正向电流的方向（普通整流二 极管中规定的正方向） ，光电流的方向与之相 反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 3 电流方程—普通二极管的电流方程 qU （反向偏置时） 且 |U|>> kT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV， ID 为 U 为负值 I ID e kT 1 很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
光电检测技术与应用
光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器光学系统的基本模型光发射机-> 光学信道一>光接收机光学系统通常分为：主动式，被动式。
主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。
光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。
光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。
光电检测技术特点：1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达1m2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。
3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。
5. 寿命长：光波是永不磨损的。
6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。
光电检测技术的发展趋势：1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。
2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。
3. 非接触，快速在线测量。
4. 发展闭环控制的光电检测系统。
5. 向微空间或大空间三维技术发展。
6. 向人们无法触及的领域发展。
7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应光电效应分为：外光电效应和内光电效应光电导效应是一种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和非本征型两类光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。
光电检测技术与应用
的总时间内必须是选通状电检测系统典型电路 完整的检测电路设计：前几部分由光电转换二极管与前级放大器组成，其器件选用高性能低噪声运算 放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。 CCD 驱动电路时序方法：直接数字电路驱动方法、单片机驱动方法、EPROM 驱动方法、专用 IC 驱动 方法 为了解决视频信号在实际应用时，物像边缘明暗交界处光强是连续变化而不是理想的阶跃跳变，可用 比较整形（阈值发）和二次微分（微分法）。 电子细分的方法：移相电阻链细分、幅度分割细分、计算法细分 光生伏特器件可否进行反向偏置？哪些光电器件工作时必须进行反向偏置？ 可以，所有的光生伏特器件都可以进行反向偏置。光敏晶体管、光电场效应晶体管、复合光敏晶体等 必须进行反向偏置。 已知某光敏晶体管的伏安特性曲线见图 6-6.当入射光通量为正弦调制量，即 时，要得到 4.5V 的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波 形图，分析输入与输出信号间的相位关系。 根据题目的要求，找到入射光通量的最大值和最小值：
1) 2) 3) 4)
5) 将循环码转变成二进制或二进制转变为循环码，课本 222 页 6) 用相位法测距时，选用准确度皆为千分之一的两把尺子，一把尺子的测尺长度为 10m，另一把尺子的 测尺长度为 1km，若测距为 462.153m，两把尺子测得的有效数字各为多少？ 尺子 ，准确度为 1cm 用 测得 2.153cm ，有效数字为四位 尺子 ，准确度为 1m 用 测得 462m ，有效数字为四位。
则暗点流电阻为：
有光照时，串联电路中的电流为：
则亮电流电阻为：
(ii)
该光敏电阻的光电导为：
由光电导灵敏度：
得：
6) 已知 CdS 光敏电阻的暗电流电阻 ，在照度为 100lx 时亮电阻 ，用此光敏电阻控 制继电器，如图 3-116 所示，如果继电器的线圈电阻为 ，继电器的吸合电流为 2mA ，问需要多 少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400lx 时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？ (i) 该光敏电阻的光电导为：
第3章光电检测技术-文档资料
I光 SgE U
: 照度指数(0.5 1)，Sg : 光电导， :电压指数(欧姆接触为 1)，U：外加电压
什么是欧 姆接触？
图3-10 CdS光敏电阻的光照特性
4)伏安特性
图3-11 光敏电阻的伏安特性
5)温度特性
图3-12 光敏电阻的温度特性
6)频率响应
1.硒
2.硫化镉 3.硫化铊
3.2 真空光电探测器件
3.2.1 光电发射材料
1)光电发射材料的类型及其应具备的条件
光吸收系数大
光电在在体内传输过程中收到的能量损失小
表面势垒低，表面逸出率大
2)光电发射阴极材料 (1)单碱与多碱锑化物光阴极 (2)银氧铯与铋银氧铯光阴极 (3)紫外光电阴极 (4)负电子亲和势
图3-1 集中光电阴极材料的光谱响应
3.4 半导体光伏型检测器件
3.4.1 光电池
1）光电池的结构和工作原理
图3-16 硅光电池结构、外型与电路符号 (a)结构 (b)外型 (c)符号
锑化铯（CsSb）材料 氧化的银镁合金材料 铜-铍合金（铍的含量为2%） 负电子亲和势材料GaP[Cs]
(5)阳极结构
栅网状阳极
图3-3 光电倍增管结构图 (a)百叶窗倍增级 (b)盒栅倍增级
(c)瓦片倍增级
(d)圆形鼠笼
3)PMT的基本特性参数 (1)光谱响应度 (2)放大倍数 (3)暗电流
光电倍增管的暗电流是指无光照时（加有电源），光电 主要暗 倍增管的输出电流
价带
图3-8 本征半导体与杂质半导体
3.3.2 光敏电阻特性参数
1)光电导增益
G U l2 : 量子产额，：载流子寿命，
：迁移率，U：外加电压， ：电极间距
第三章_光电检测技术常用器件及应用
在强光照射下，光电线性度较差 响应时间较长，频率特性较差。
第六页，编辑于星期一：五点 五十九分。
•光敏电阻 (LDR) 和它的符号：
符号
第七页，编辑于星期一：五点 五十九分。
1. 光敏电阻的工作原理
光敏电阻结构：在一块均匀光电导体两端加上电极，
贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上， 两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳 内。（如图）
不同光照度对应不同直线
第二十二页，编辑于星期一：五点 五十九分。
Ø受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能 超过最高工作电压， Ø图中虚线为允许功耗曲线
Ø由此可确定光敏电阻正常工作电压。
第二十三页，编辑于星期一：五点 五十九分。
频率特性
光敏电阻时间常数比较大，其上限截止频 率低。只有PbS光敏电阻的频率特性稍好些，
红外波段。
空穴
电子 ΔＥ
空穴
价带
第十一页，编辑于星期一：五点 五十九分。
光电导与光电流
光敏电阻两端加电压（直流或交流）．无光照时，阻
值（暗电阻）很大，电流（暗电流）很小；光照时， 光生载流子迅速增加，阻值（亮电阻）急剧减
少．在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形
成光电流（亮电流）。
光电流：亮电流和暗电流之I光 差；
不同照度时的伏-安特性曲线一般硅光电池工作
在第四象限。若硅光电池工作在反偏置状态，则伏 安特性将延伸到第三象限？？
I L I p I D I p I 0 ( e q / k V 1 T ) S E E I 0 ( e q / k V 1 T )
硅光电 池的电 流方程
式
IL I0(eq/k V T1 ) ID
南理工光电检测技术课程03 热电探测器
★工作的物理过程是，器件吸收入射辐射功率产生温 升，温升引起材料各种有赖于温度的参量的变化，监测其 中一种性能的变化，来探知辐射的存在和强弱。这一过程 比较慢，一般的响应时间多为毫秒级。
★热电探测器件是利用热敏材料吸收入射辐射的总功率产 生温升来工作的，而不是利用某一部分光子的能量，所以各种 波长的辐射对于响应都有贡献。因此，热电探测器件的突出特 点是，光谱响应范围特别宽，从紫外到红外几乎都有相同的响 应，光谱特性曲线近似为一条平线。
为了减小热电偶的响应时间，常把辐射接受面分为若干 块，每块接上一个热电偶，并把这些热电偶串接或并接起来， 这样就成了热电堆。
⑴由半导体材料制成的温差电堆，一般都很脆弱，容易破碎，使用时应避 免振动。 ⑵额定功率小，入射辐射不能很强，它允许的最大辐射通量为几十微瓦， 所以通常都用来测量微瓦以下的辐射通量。 ⑶应避免通过较大的电流，流过热电偶的电流一般在1微安以下，决不能超 过100微安，因而千万不能用万用表来检测热电偶的好坏，否则会烧坏金箔， 损坏热电偶。 ⑷保存时不要使输出端短路，以防因电火花等电磁干扰产生的感应电流烧 毁元件。 ⑸工作时环境温度不宜超过60℃。
热敏电阻按其电阻-温度特性可分为正温度系数热敏电阻 器(PTCR)及负温度系数热敏电阻器(NTCR)。
正温度系数热敏电阻器又细分两类：一类为陶瓷PTC热敏 电阻器（CPTC），在BaTiO3、V2O5、BN等材料中掺入半导化元 素后都可发现PTC效应。目前得到广泛应用的是BaTiO3系PTC热 敏电阻器；第二类是有机高分子PTC热敏电阻器（PPTC），在 聚乙烯高分子材料中掺入碳黑形成PTC效应。
因GQ与材料性质和环境有 关，所以为了使G较小，提高 灵敏度，并使工作稳定，常把 温差电偶或温差电堆放在真空 的外壳里。
光电信号检测第三章第一部分光电二极管
CdS的光电特 性
E
3.1.2、光敏电阻特性参数 2、伏安特性（输出特性）
一定光照下，光敏电 阻的光电流与所加电压关 系即为伏安特性。 光敏电阻为一纯电阻， 符合欧姆定律，曲线为直线 。但对大多数半导体，电场 伏 强度超过 10 厘米时，不再 遵守欧姆定律。而CdS在100V 时就不成线性了。
入光的照度、工作温度有 明显的依赖关系。
当E=0.11lx时，光敏电阻tr=1.4s，
1 3
2
E=10lx时， 光敏电阻tr=66mS,
E=100lx时， 光敏电阻tr=6mS。
10
2
10 3 f/Hz
10
4
105
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
应用：照相机、光度计、光电自动控制、辐射测 量、能量辐射、物体搜索和跟踪、红外成像和红外 通信等技术方面制成的光辐射接收器件。
信息光电子研究所 Information optoelectronics research
3.1.2、光敏电阻特性参数
1、光电特性
光敏电阻的光电流I光与输入辐射照度有下列关系式：
信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch311311光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻原理及符号光敏电阻原理及符号光敏电阻符号工作原理工作原理信息光电子研究所informationoptoelectronicsresearch电极入射光当当入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导到导带时导带中的电子和价带中的空穴均参与导电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和电因此电阻显著减小电导增加或连接电源和负载电阻可输出电信号此时可得出光电导负载电阻可输出电信号此时可得出光电导gg与光电流电流i光光的表达式为
光电检测器件光电检测器件资料
光电检测器件
非聚焦型光电倍增管， 由于极与极之间没有聚焦 场，电子损矢较大，为了要得到较大的电子倍增，就 要增加倍增极数目，相应地也就增加了飞行时间及其 涨落，所以这种管子的时间分辨本领较差，其优点是 同样大小的光脉冲照射到光阴极不同部位时，阳极灵 敏度变化不大，最后输出的脉冲幅度比较一致，因此 作能谱测量时的能量分辨率较好。
光电检测器件
3、分类 ①“聚焦型”和“非聚焦型”
电子倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类。聚焦型的 打拿极把来自前一级的电子经倍增后聚焦到下一级去， 两极之间可能发生电子束轨迹的交叉。非聚焦型又分 为圆环瓦片式（即鼠笼式）、直线瓦片式、拿栅式和 百叶窗式。
聚焦型光电倍增管，电子在其中飞行的时间较短， 飞行时间的涨落也小，它适用于要求分辨时间短的场 合；
Sp
IA
G
各倍增极和阳极
都加上适当电压；
注明整管所加的
V
电压
2．电流增益
阳极电流与阴极电流之比称为电流增益M（内增益）
M IA SAΦ SA IK SKΦ SK
M
IA IK
0
n
IA IK • 0 (11)(22 ) (nn )
M n
3、光电特性
阳极光电流与入射于光电阴极的光通量之间的函数 关系，称为倍增管的光电特性。
1、常规光电阴极
（1）、银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极
最早的光电阴极，主要应用于近红外探测
•峰值波长： 350nm, 800nm
•光谱响应范围约300-1000nm； •量子效率约0.5％； •使用温度100°C； •暗电流大。
（2）单碱锑化物：
CsSb阴极最为常用，紫外和可见光区的灵敏度最高
光电检测器件
光电检测技术与应用 ppt课件
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
位置检测用元件（PSD）
光电池
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光电检测系统
光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件 为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发 射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测， 即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。
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例：空调机测量控制室温 被测对象： 室内空气 被测信息： 温度 检测器具： 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
Hale Waihona Puke 空调机ppt课件返回12
直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的
数值。例如：
– 长度：直尺、游标卡尺、千分尺 – 电压：万用表 – 质量：天平
光电检测技术
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1
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 付扬 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社
ppt课件
2
目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
10
检测的基本概念
定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 被测信息：
宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……）
物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） ……
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▪ 2、光敏电阻在电路中的符号
Rp
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▪ 注意：灵敏度与光电增益的区别
材料特性
（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导 能力的大小。
结构参数
（2）增益指在工作状态下，各参数对光电导 效应的增强能力。
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工作性能特点：
▪ 光谱响应范围相当宽。可见光、红外、远红外、紫外区域 ▪ 工作电流大，可达数毫安。 ▪ 所测光电强度范围宽，既可测弱光，也可测强光 ▪ 灵敏度高，光电增益可以大于1 ▪ 无选择极性之分，使用方便。
入射光线
N P
电极() 电极()
符号
34
3.2.2 硅光电池的特性参数
1、光照特性
伏安特性
Rs
IL
VD
RL
Ip
IL I+
RL VD
由光电池的电流方程： Rs很小，可忽略，上式变为：
qVILRs
IL Ip Ise kT 1
IL Ip IseqkTV 1
Ip=Sg·E
IL SgEIseqkTV1
35
15
3.1.2、光敏电阻特性参数
1、光电特性
光敏电阻的光电流I光与输入辐射照度有下列关系式： I光SgEU
其对中EC：为dIS光照光为度光电，电导γ为流体光，，照I光指=I数L-I，d；与材
I光
料弱的光入照射光射强下弱γ有=1关，，对CdS光电
导强体光，下弱光γ=照0.射5；下γ为=1什，么强光？下
20
3.1.2、光敏电阻特性参数 前历效应
亮态前历效应：光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度 与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。
21
3.1.2、光敏电阻特性参数
5、频率特性
光敏电阻的时间常数较大，所以其上限频率f上低，只有
PbS光敏电阻的工作频率特性达到几千赫兹。
同时，时间特性与输
缺点：
强光下光电线性度较差，弛豫时间过长，频率特性差。
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光敏电阻的种类及应用
➢主要材料：Si、Ge、II-VI族和III-V族化合物，以 及一些有机物。分紫外光、可见光、红外及远红外 敏感的光敏电阻。
➢应用：照相机、光度计、光电自动控制、辐射测 量、能量辐射、物体搜索和跟踪、红外成像和红外 通信等技术方面制成的光辐射接收器件。
3.1.2、光敏电阻特性参数
6、时间响应
光敏电阻的时间
常数较大，惯性大， 时间响应比其它光 电器件差。频率响 应低。
时间特性与光照 度、工作温度有明 显的依赖关系。
E
矩形光 脉冲
O
i(%)
100 63 37
O Τ’r τr
100lx
t 10lx
Τ’f τf
t
23
3.1.2、光敏电阻特性参数
7、光谱特性
非成像型 光信息转换成电信息
探测器
变像管
成像型 像增强器
摄像管 真空摄像管
固体成像器件CCD
3
热光电探测元件
探测器件 光电探测元件
气体光电探测元件
外光电效应
内光电效应
非放大型
真空光电管 充气光电管
放大型
光电倍增管 变像管 像增强器 摄像管
光电导探测 器
光磁电效应探测器
本征型
掺杂型
光敏电阻 红外探测器
碲锡铅（PbSnTe）系列光敏电阻：不同的锡组分比例，响 应波长不
同。主要用在8-10um波段探测 ，但探测率低，应用不广泛。
26
3.1.3、光敏电阻的应用电路
2、基本偏置电路
忽略暗电导Gd(暗电阻很大)：
I
G=Gp=SgE或G=SgΦ 即
1 R
Sg
E
对R求导得到 RR2SgE
UL RL
负号表示电阻是随输入辐射的增加而减小。
谱响应范围宽，广泛应用于微弱辐射信号的检测技 术领域。
5
3.1.1、光敏电阻的结构及工作原理
工作原理
金属电极
入射光
光电导材料
Ip Ubb
Ip
光敏电阻符号
光敏电阻原理及符号
6
工作原理
当入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升
到导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导
电，因此电阻显著减小，电导增加，或连接电源和
非放大
光电池 光电二极管
光生伏特探测 器
放大型
光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管
4
3.1 光敏电阻
利用具有光电导效应的材料（如Si、Ge等本征
半导体与杂质半导体，如CdS、CdSe、PbO）可以 制成电导率随入射光辐射量变化而变化的器件，这 类器件被称为光电导器件或光敏电阻。
结构特点：体积小、坚固耐用、价格低廉、光
RP
当光通量变化时，电阻变化ΔRp，
电流变化ΔI，即有：
IIUb RLRpRp U
I Ub RL Rp Rp Ub RL Rp
RpUb RL Rp 2
即
IRp2SgUb
RLRp
2 27
3.1.3、光敏电阻的应用电路
2、基本偏置电路
I
UL RL
输出电压
U
UL RpUbRL RL Rp 2
玻璃基底上面蚀刻成互相交叉的梳状槽，在 槽内填入黄金或石墨等导电物质，在表面再 敷上一层光敏材料。如图所示。
光电导体膜
绝缘基底
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▪ ⑵刻线式 ▪ 在玻璃基片上镀制一层薄的金属箔，将其刻
划成栅状槽，然后在槽内填入光敏电阻材料 层后制成。其结构如下图所示。
注意：与梳状式的区别
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▪ ⑶涂膜式 ▪ 在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。
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3.1.2、光敏电阻特性参数
温度特性
换句话说，温度的变化，引起温度噪声，导致光敏电阻灵
敏度、光照特性、响应率等都发生变化。为了提高灵敏度， 必须采用冷却装置，尤其是杂质型半导体对长波长红外辐射 检测领域更为重要。
I
200 150 100
50 T
0 20 40 60 80 100
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3.1.2、光敏电阻特性参数
3.2.2 硅光电池的特性参数
1、光照特性
qV
IL SgEIsekT1
当E=0时
IL
qV Is ekT
1
当IL=0时
Voc
kqTln
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：指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它
突然受到光照后光电流上升的快慢程度。一般地，工作电压 越低，光照度越低，则暗态前历效应就越重，光电流上升越 慢。
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
红外区光敏电阻的光谱特性
注明：此特性与所用材料的光谱响应、制造工艺、掺杂浓 度和使用的环境温度有关。
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3.1.3、光敏电阻的应用电路
1、常用光敏电阻
CdS光敏电阻：峰值响应波长0.52um，掺铜或氯时峰值波长变长，光
谱响应向红外区延伸，其亮暗电导比在10lx照度上可达1011(一般约为106) ，其时间常数与入射光强度有关，100lx下可达几十毫秒。是可见光波段最 灵敏的光敏电阻。
相对灵敏度与波长的关系
光谱特性曲 线覆盖了整个可见 光区，峰值波长在 515～600nm之间。 尤其硫化镉（2） 的峰值波长与人眼 的很敏感的峰值波 长（555nm）是很 接近的，因此可用 于与人眼有关的仪 器。
可见光区光敏电阻的光谱特性 1-Se；2-CdS；3-TlS；4-PbS
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3.1.2、光敏电阻特性参数 光谱特性
薄膜光电池：CdS增强抗辐射能力
紫光电池：PN结非常薄：0.2-0.3 µm,短波峰值
600nm
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3.2.1 光电池的基本结构和工作原理
光电池是一种利用光生伏特效应制成的不需 加偏压就能将光能转化成电能的光电器件。
基本结构
1、金属-半导体接触型（硒光电池）
2、PN结型
几个特征： • 1、栅状电极 • 2、受光表面的保护膜 • 3、上、下电极的区分
UR=???
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3.1.3、光敏电阻的应用电路
3、照明灯的光电控制电路
测光与控制
VD
R
~220V
灯 CdS C
K
常闭
半波整流
执行控制
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3.1.4、光敏电阻使用的注意事项
1. 测光的光源光谱特性与光敏电阻的光敏特性相匹配。 2. 要防止光敏电阻受杂散光的影响。 3. 要防止使光敏电阻的电参数(电压,功耗)超过允许值。 4. 根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。
光电检测技术与应用第3章光电检测器件
第三章 半导体光电检测器件及应用
光敏电阻 光生伏特器件--光电池 光电二极管与光电三极管 光热辐射检测器件 各种光电检测器件的性能比较
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光电器件的分类
▪ 一、按工作波段分
紫外光探测器
可见光探测器
红外光探测器
▪ 二、按应用分
换能器 将光信息（光能）转换成电信息（电能）
γ=0.5；
光U照为增光强敏的电同阻时两，端载所流加子电浓压度，不
断α为的电增压加指，数同，时与光光敏电电导阻体的和温电度极也在
升材高料，间从接而触导有致关载，流欧子姆运接动触加时剧α=，1 因
此，复非合欧几姆率接也触增时大α=，1.光1-1电.2流呈饱和趋
势。（Sg冷为却光可电以导改灵善敏）度，单位S/lx
Rp2SgUb
RL Rp
2 RL
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3.1.3、光敏电阻的应用电路
1、火焰检测报警器