75光电子技术

光敏电阻的光电导增益•光电导增益光电流与光生电子电荷之比。将代入，得到Mn为电子增益系数，Mp为空穴增益系数qNIMpppnnpLqVNI2pnppnnMMLVM)(2影响光电导增益的因素•光电子在电极间L的渡越时间•电子增益系数•空穴增益系数•本征型光敏电阻增益系数其中，令（tdr称有效渡越时间）就有•τ载流子寿命短，复合快，M小。tdr有效渡越时间短（加大V、减小L），M大。pnVLvLtnnn2nnntMppptM)11(pnpnttMMMpndrttt111drtM光敏电阻的光谱响应率红外光敏电阻1-硫化镉单晶2-硫化镉多晶3-硒化镉多晶4-硫化镉与硒化镉混合多晶drpthqMhqqNMI)()(）（光谱响应率MhCqISp)()()(光敏电阻的光电特性•光电特性光电流与照度的关系。Sg:光电导灵敏度(S/lx、S/μW)，γ:光照指数0.5～1VESIgp光电流—照度特性曲线光敏电阻的光电特性•光电特性光电流与入射光通量之间的关系光电流与入射单色辐射通量之间的关系光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性）在弱辐射作用的情况下，称直线性光电导；随着入射辐射的增强，值减小；当入射辐射很强时值降低到0.5，则称为非线性光电导。drepthqIVSIgpVESIgp1如图所示为CdS光敏电阻的光电特性曲线。给出了在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的电流Ip与入射光照度E间的变化关系，由图可见它是由线性渐变到非线性的。VgVESIpgp式中Sg为光电导灵敏度，E为入射光照度。显然，当照度很低时，曲线近似为线性；随照度的增高，线性关系变坏，当照度变得很高时，曲线近似为抛物线形。光敏电阻的光电特性在实际使用时，常常将光敏电阻的光电特性曲线改画成电阻和照度的关系曲线。图所示为两种坐标框架的特性曲线，其中左图为线性直角坐标系中光敏电阻的阻值R与入射照度EV的关系曲线，而右图为对数直角坐标系下的阻值R与入射照度EV的关系曲线。如右图所示的对数坐标系中光敏电阻的阻值R在某段照度EV范围内的光电特性表现为线性。γ值为对数坐标下特性曲线的斜率。即ABBAEERRlglglglgRA与RB分别是照度为EA和EB时光敏电阻的阻值。光敏电阻的光电特性光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与普通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光通量而变化的。利用上图所示的电路可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压U与流过它的电流Ip的关系曲线，并称其为光敏电阻的伏安特性。典型CdS光敏电阻的伏安特性曲线伏安特性光照光电导体IP电极电极V光敏电阻的时间响应（又称为惯性）比其他光电器件要差（惯性要大）些，频率响应要低些，而且具有特殊性。当用一个理想方波脉冲辐射照射光敏电阻时，光生电子要有产生的过程，光生电导率Δσ要经过一定的时间才能达到稳定。当停止辐射时，复合光生载流子也需要时间，表现出光敏电阻具有较大的惯性。光敏电阻的惯性与入射辐射信号的强弱有关，下面分别讨论。光敏电阻的时间响应非平衡状态下光电导率Δσ和光电流Ip随时间变化的规律为)1(/0te)1(/0tppeII当t=τ=τ上时，Δσ=0.63Δσ0，Ip=0.63Ip0τ上定义为光敏电阻的上升时间常数。光敏电阻的时间响应1.弱辐射作用情况下的时间响应00et＞0t=0/0te/0tppeII显然，光敏电阻在弱辐射作用下的上升时间常数τr与下降时间常数τf近似相等。当t=τ=τ下时，Δσ=0.37Δσ0，IΦ=0.37Ip0τ下定义为光敏电阻的下降时间常数光敏电阻的时间响应停止辐射时，入射辐射通量Φe与时间的关系为：00eett=0t＞0光电导率和光电流随时间变化的规律为：对应脉冲前沿，光敏电阻电导率的变化规律为：ttanh0tIIetanh0其光电流的变化规律为：停止辐射时,光电导率和光电流的变化规律可表示为：/110t/110tIIpp当t=τ=τ上时，Δσ=0.76Δσ0，Ip=0.76Ip0.当t=τ=τ下时，Δσ=0.50Δσ0，IΦ=0.50IΦe0.强辐射作用情况下的时间响应光敏电阻的前历效应•前历效应光敏电阻时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。•暗态前历光敏电阻原处于暗态，突然受到光照后的滞后现象。时间(S)125101520306090120R0/R1(%)阻值(kΩ)6.56.05.55.25.25.25.25.15.05.177CdS的暗态前历效应，1lx照射R0为稳定时阻值R1为光照后1秒阻值亮态前历•亮态前历效应光敏电阻原处于亮态，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。元件编号12345678R1无光保存24h后100lx照射2.745.062.252.421.452.233.585.4R21000lx强光照15’后再测2.895.242.392.601.482.313.695.62β=ΔR／R1(%)5.53.66.27.42.03.63.14.1光敏电阻的温度特性可以看出:光敏电阻的相对光电导率随温度的升高而下降，光电响应特性随着温度的变化较大。因此，在温度变化大的情况下，应采取制冷措施。降低或控制光敏电阻的工作温度是提高光敏电阻工作稳定性的有效办法。。光敏电阻的使用•光照指数γ与光照强弱有关，只有在弱光照下光电流与入射辐射通量成线性关系。•光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线符合。•温度低时，光敏电阻灵敏范围和峰值波长都向长波方向移动，可用冷却来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。•光敏电阻不适于在高温下使用，高温时输出将明显减小。•光敏电阻频带宽度都比较窄，一般小于1000Hz，光电增益与带宽之积为一常量，以牺牲灵敏度来提高带宽。•应考虑到光敏电阻的额定功耗，负载电阻值不能很小。•进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。常用光电导材料光电导器件材料禁带宽度/eV光谱响应范围/nm峰值波长/nm硫化镉（CdS）2.45400～800可见光515～550硒化镉（CdSe)1.74680～750720～730硫化铅（PbS）0.40500～3000近红外2000碲化铅（PbTe）0.31600～45002200硒化铅（PbSe）0.25700～58004000硅（Si）1.12450～1100850锗（Ge）0.66550～18001540锑化铟（InSb）0.16600～70005500碲镉汞Hg1-xCdxTe）1000～30000照明灯的光电控制电路第一部分：整流二极管VD和滤波电容C构成的半波整流滤波电路，它为光电控制电路提供直流电源；第二部分：由限流电阻R、CdS光敏电阻及继电器绕组构成的测光与控制电路；第三部分：由继电器的常闭触头构成的执行电路，它控制照明灯的开光。RKvSRRIVEmin火焰探测报警器当被探测物体的温度高于燃点或被点燃发生火灾时，物体将发出波长接近于2.2μm的辐射（或“跳变”的火焰信号），该辐射光将被PbS光敏电阻R3接收，使前置放大器的输出跟随火焰“跳变”的信号，并经电容C2耦合，送给由VT2、VT3组成的高输入阻抗放大器放大。火焰的“跳变”信号被放大后送给中心站放大器，并由中心站放大器发出火灾警报信号或执行灭火动作（如喷淋出水或灭火泡末）。快门的开启时间t为：快门开启的时间t取决于景物的照度，景物照度越低，快门开启的时间越长；反之，快门开启的时间变短，从而实现照相机曝光时间的自动控制。当然，调整电位器RW1可以调整阈值电压Vth，调整电位器Rw2，可以适当地修正电容的充电速度，都可以达到适当地调整照相机曝光时间的目的，使照相机曝光时间的控制适应照相底片感光度的要求。照相机电子快门测光器件常采用与人眼光谱响应接近的硫化镉（CdS）光敏电阻。照相机曝光控制电路是由光敏电阻R、开关S和电容C1构成的充电电路，时间检出电路（电压比较器），三极管VT构成的驱动放大电路，电磁铁M带动的开门叶片（执行单元）等组成。thbWVVCRRtln2光敏电阻与光电二极管光敏电阻光敏二极管原理光电导效应光伏效应极性无有频响差优偏置必须可无