光伏特探测器2.pptVIP

有光照时，若p-n结外电路接上负载电阻，此时p-n结内出现两种方向相反的电流：一种是光激发产生的电子—空穴对，在内建电场作用下，形成的光生电流，它与光照有关，其方向与p-n结反向饱和电流相同；另一种是光生电流流过负载产生电压降，相当于在p-n结施加正向偏置电压，从而产生正向电流。 光电池的工作原理 （2）当负载电阻短路时(实际为外接负载RL相对内阻很小时)，光生电压接近于零，流过器件的电流叫短路电流，其方向从p-n结内部看是从n区指向p区，这时光生载流子不再积累于p-n结两侧，所以p-n结又恢复到平衡状态。这时p-n结光电器件的短路光电流与照度（弱照度）或光通量成正比，从而得到最大线性区，这在线性测量中被广泛p-n结应用。 Isc＝Ip＝Se·E （1）要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻；负载大时频率特性变差，减小负载可减小时间常数，提高频响。但负载电阻的减小会使输出电压降低，实际使用时视具体情况而定。 （2）光电池面积越大则响应时间越大，因为光电池面积越大则结电容越大，在给定负载时，时间常数就越大，故要求短的响应时间，必须选用小面积光电池。 对于硅管,其基极的工作电压为0.6~0.7V,一个光电池0.5V电压不能直接控制它的工作。这时可用两个光电池串联后接入基极。 硅光电二极管和光电池，都是基于p-n结的光电效应而工作的，它主要用于可见光及红外光谱区。 （1）硅光电二极管通常工作在反偏置条件下，即光电导工作模式：可以减小光生载流子度越时间及结电容，可获得较宽的线性输出和较高的响应频率，适用于测量高频调制的光信号。 光电二极管的电流方程 噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。 由于雪崩反应是随机的，所以它的噪声较大，特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时，噪声可增大到放大器的噪声水平，以至无法使用。 但由于APD的响应时间极短，灵敏度很高，它在光通信中应用前景广阔。 在零偏置时，光电三极管没有电流输出而光电二极管有电流输出。原因是它们都能产生光生电动势，只因光电三极管的集电结在无反向偏压时没有放大作用，所以此时没有电流输出(或仅有很小的漏电流)。 工作电压较低时，输出光电流与入射光强成非线性关系。所以一般工作在电压较高或入射光强较大的场合，作控制系统的开关元件使用。 光电流比光电二极管大几十倍，具有很好的直接驱动能力。 易与数字逻辑电平接口。 硅光电二极管的光谱响应特性主要由硅材料决定，响应波长范围大约是0.4~1.15um。峰值响应波长一般为0.8~lum。硅光电二极管对砷化镓激光波长的探测最佳，对氦、氖激光及红宝石激光亦有较高的探测灵敏度。 温度特性 在高频条件下工作的光电二极管，PN结的势垒电容对光电二极管的频率特性有着决定性的影响，结电容与器件的光敏面积成正比，与PN结两端的反向电压的平方根成反比，因此，为了提高器件的响应速度，可采取如下措施： ①减小PN结面积，即选用光敏面积小的器件。 ②适当增加工作电压。 ③尽量减小分布电容。 ④在电路设计中选用最佳的负载电阻RL，做到既不至于使输出信号的幅度过分降低，又能满足电路对时间常数的要求。 （二）光电二极管的使用方式 1、反偏法 （1）当光强恒定或缓慢 （2）光强频率变化很高 入射光是脉冲光或频率很高的正弦调制光时，前面的分析不能适用。脉冲光可以看成一个恒定光和许多正弦调制光的叠加，输出的光信号电压亦是这些光分别产生的光电信号电压之和。在正弦调制光下，上图的两个实际电路有完全相同的等效电路。 由于二极管在反向偏压下的动态电阻远大于负载电阻，放大器的输入电阻通常也比大得多，所以它的等效电路变成下图所示的简单形式。 结型器件和光电导器件相比较，主要区别： 产生光电变换的部位不同。光敏电阻不管哪一部分受光，受光部分的电导率就增大；而结型器件，只有照射到P—N结区或结区附近的光才能产生光电效应，光在其它部位产生的非平衡载流子，大部分在扩散中符合掉，只有少部分通过结区，但又被结电场所分离，因此对光电效应基本上没有贡献。 光敏电阻没有极性，工作时必须外加电压；而结型光电器件有确定的正负极性，在没有外加电压下也可以把光信号转换成电信号。 光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动，驰豫过程的时间常数较大，频率响应较差；结型的光电效应主要是依赖结区非平衡载流子中部分载流子的漂移运动，电场主要加在结区，驰豫过程的时间常数（可用结电容和电阻之积表示）相应较小，因此响应速度较快。 有些结型光电器件，如光电三极管、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用，灵敏度较高，也可以通过较大的电流，因此，结型光电器件一般应用于精密光学仪器、光度色度测量、光电自动控制