3.1光电信息转换器件详解.ppt

三、菲涅尔透镜 　　热释电信息转换器件前面需安装菲涅尔透镜，外来移动的辐射能量通过菲涅尔透镜断续的聚光于热释电上，使热释电输出相应的电信号。它是一种由特殊设计的塑料透镜组，透镜组的每个透镜都有一个不大的视场，而相邻两个透镜的视场不连续，也不重叠，彼此相隔一个微小的盲区。同时，菲涅尔透镜也能增加热释电的探测距离。不加菲涅尔透镜时，热释电的探测距离为2米左右，加上菲涅尔透镜后，探测距离可达10米以上。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在传感器上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在传感器上产生变化热释红外信号。 很多探测器上都有个塑料的小帽子（菲涅尔透镜）。 四．热释电的应用:热释电信息转换器件用途广泛，主要用于防盗报警和安全报警装置（防止人们误入危险区）、自动门、自动照明装置、火灾报警等一些自动控制系统中。 (掌握P119电路） 1、防盗报警 2. 自动门 2、自动门 原理、特点、区别 光电倍增管 光敏电阻 光电池 PD、 PIN、APD 热释电探测器 * * 比如可预报火灾烟雾。翻墙报警器（需要做那些改进）。 晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅； 1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态 　　2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性. * 　　光电二极管（PD，photodiode）把光信号转换为电信号的功能， 是由半导体PN结的光电效应实现的。 PN结界面 电子和空穴的扩散运动 内部电场 漂移运动 如果光子的能量大于或等于带隙（hf ≥ Eg） 当入射光作用在PN结时 发生受激吸收 内部电场的作用下， 电子向N区运动 空穴向P区运动 在耗尽层 形成漂移电流。 PD管的使用要点： 光敏二极管工作在反向电压下，如果加正向偏压就与普通二极管一样，只有单向导电性。 反向电压使二极管饱和，光电流仅取决于入射光功率。在负载电阻较小情况下光电流与入射光功率呈线性关系。 大反偏压的施加，增加了耗尽层的宽度和结电场，电子—空穴在耗尽层复合机会少，提高光敏二极管的灵敏度和频率响应特性。 1 光照特性 二．特性 线性好,适合检测方面应用 2. 光谱特性 决定于所采用的材料，图为锗光敏二极管的光谱响应曲线。 波长增长，不足以激发自由载流子。 波长太短，入射性能差，无法入射到PN结。 3. 伏安特性 在零偏压时，硅光敏二极管仍然有光电流输出，此为光生伏特效应所产生的短路电流。 4. 温度特性 +E GG U Ib BG RL Rc R 图（d）为光敏二极管在电压不变和照度不变的情况下，光电流 I 随温度 T 的变化。 5. 暗电流 曲线1和2分别为锗和硅光敏二极管的暗电流随温度变化的曲线。硅器件的暗电流及其温度系数比锗器件小。 光敏二极管的暗电流非常小，是1uA数量级，直接绝对测量不容易测准。还要求在暗处测量，不能见光，要经运放放大把电压测量线引出。 0 20 40 60 80 IΦ=0(微安) T(℃) ( e ) 暗电流特性 10 1 0.1 0.01 2－硅 1－锗 6. 频率特性 Rs RD RL C is C 节电容 Rs 体电阻 RD 反向偏置电阻 RL 负载电阻 频率特性： 是半导体光电器件中最好的一种：反向电压使得电子的渡越时间减小，响应快，频率高。 负载电阻越大，频率响应越差：高频旁路作用显著，高频响应变差。（见下页） 入射波长越长，频率响应越差：入射较深，在PN结外形成的光生载流子需要时间扩散到PN结才能形成光电流。 三、电路 　　图3.1.4-3 是光敏二极管的输出电路和等效电路。图(a)和图(b)的差别是输出电压U是反向的。因为iφ= Sφ，由图(c)可知： +E U R (a) +E U R (b) RL (c) iφ 图3.1.4-3 光敏二极管等效电路 (a)(b)输出电路；(c)等效电路 RL=R//Ri Cj 上式中，为了得到较大的输出电压uL，除串接较大的R外，后级电路的输入阻抗应尽可能大些。在图3.1.4－3(c)中，Cj是结电容，一般较小，故在中频内可忽略，但在高频时不能忽略，Cj直接影响光敏二极管的高频特性。 令 RL (c) iφ Cj 则光敏二极管的上限频率为： 减少负载电阻RL，可使上限频率fH提高 五、光敏二极