1、1第第4章章 光電測試常用器件光電測試常用器件- 電壓靈敏度（電壓靈敏度（V/W） 一、光電器件的性能參數一、光電器件的性能參數1. 探測靈敏度（響應度）探測靈敏度（響應度）- 電流靈敏度（電流靈敏度（A/W） 2. 響應時間響應時間上升時間上升時間tr -響應從穩態值的響應從穩態值的10%10%上升到上升到90%90%所用所用的時間的時間下降時間下降時間tf - 響應從穩態值的響應從穩態值的90%90%下降到下降到10%10%所用所用的時間的時間2上限截止頻率上限截止頻率f fc c - 輸出信號功率降到零頻時的一半（信號輸出信號功率降到零頻時的一半（信號幅度下降到幅度下降到0.7070.7

2、07）3. 頻率響應頻率響應3- 最小可測功率最小可測功率4. 噪聲等效功率（噪聲等效功率（NEP）歸一化噪聲等效功率歸一化噪聲等效功率45. 探測度與比探測度探測度與比探測度探測度探測度歸一化探測度歸一化探測度-比探測度比探測度6. 量子效率量子效率51. 光電真空器件及其特性光電真空器件及其特性光電倍增管（光電倍增管（PMTPMT）1 1）工作原理）工作原理二、光電發射器件二、光電發射器件6聚焦型聚焦型非聚焦型非聚焦型7(1) (1) 靈敏度靈敏度2. 光電倍增管特性參數光電倍增管特性參數(2) (2) 電流增益電流增益G G(3) (3) 光電特性光電特性8(4) (4) 伏安特性伏安特

3、性9(5) (5) 暗電流暗電流各極都加上正常工作電壓，并且陰極無光照情況下陽極的各極都加上正常工作電壓，并且陰極無光照情況下陽極的輸出電流輸出電流限制了可測光通量的最小值，產生噪聲的主要因素限制了可測光通量的最小值，產生噪聲的主要因素(6) (6) 噪聲與噪聲等效功率噪聲與噪聲等效功率103. 光電倍增管的供電電路光電倍增管的供電電路11電阻率的變化表現為其間電阻值的變化電阻率的變化表現為其間電阻值的變化 - 光敏電阻光敏電阻1）常用光敏電阻材料）常用光敏電阻材料光敏電阻及其特性光敏電阻及其特性三、光電導器件三、光電導器件122）光敏電阻結構）光敏電阻結構圖形符號圖形符號133）光敏電阻的特

4、性）光敏電阻的特性 光電特性和光照指數光電特性和光照指數光敏電阻的光電導靈敏度光敏電阻的光電導靈敏度光電流與照度的關系光電流與照度的關系 - - 光電特性光電特性14 光譜光譜特性特性- - 相對靈敏度與波長的關系曲線相對靈敏度與波長的關系曲線1516 頻率特性頻率特性響應時間不同響應時間不同 - - 不同的截止頻率不同的截止頻率17 伏安特性伏安特性一定的光照下，加到光敏電阻兩端的電壓與流過光敏電阻一定的光照下，加到光敏電阻兩端的電壓與流過光敏電阻的亮電流之間的關系的亮電流之間的關系18 溫度溫度特性特性一定照度下，不同材料的亮電阻的溫度系數有正有負一定照度下，不同材料的亮電阻的溫度系數有正

5、有負- - 復雜復雜194）光敏電阻質量的測試）光敏電阻質量的測試將萬用表置于將萬用表置于R1K擋，把光敏電阻放在距擋，把光敏電阻放在距離離25W白熾燈白熾燈50cm遠處（其照度約為遠處（其照度約為100lx），），可測得光敏電阻的亮阻；再在完全黑暗的條件可測得光敏電阻的亮阻；再在完全黑暗的條件下直接測量其暗阻值。下直接測量其暗阻值。如果亮阻值為幾千到幾十千歐姆，暗阻值為幾如果亮阻值為幾千到幾十千歐姆，暗阻值為幾兆到幾十兆歐姆，則說明光敏電阻質量良好。兆到幾十兆歐姆，則說明光敏電阻質量良好。20光電池光電池太陽能電池太陽能電池 - - 將光能轉換為太陽能；將光能轉換為太陽能；光電池光電池 -

6、- 測量光輻射用測量光輻射用1 1）結構特點）結構特點電氣符號電氣符號四、光伏器件四、光伏器件212 2）光電池的特性與應用）光電池的特性與應用 光電特性光電特性- - 光電池開路電壓和短路電流與入射光強度的關系光電池開路電壓和短路電流與入射光強度的關系22開路電壓和短路電流與光電池受光面積的關系開路電壓和短路電流與光電池受光面積的關系23不同負載電阻下的光電特性不同負載電阻下的光電特性24 伏安特性伏安特性- - 表示輸出功率的大小表示輸出功率的大小25 頻率特性頻率特性- - 描述光的交變頻率與光電池輸出電流的關系描述光的交變頻率與光電池輸出電流的關系262 2）太陽能電池電源太陽能電池電

7、源27太陽能電池方陣是由光電池光電池構成的一個陣列，其原理是：半導體光生伏特效應半導體光生伏特效應 蓄電池組蓄電池組供無太陽光照射時使用 。調節控制器調節控制器實現充、放電自動控制，當充電電壓達到蓄電池上限電壓時，自動切斷充電電路，停止對蓄電池充電；而當蓄電池電壓低于下限電壓時，自動切斷輸出電路。阻塞二極管阻塞二極管：太陽能電池方陣不發電或出現短路故障時，阻塞二極管起到避免蓄電池通過太陽能電池放電的作用。逆變器逆變器：蓄電池組是直流電，要想向交流負載供電，則需要通過逆變器將直流電變成交流電。282.2.光敏二極管光敏二極管1 1）結構特點）結構特點2 2）圖形符號）圖形符號29硅光敏二極管的封

8、裝硅光敏二極管的封裝30- - 加反向電壓工作加反向電壓工作正向電壓正向電壓- - 單向導電性（普通二極管）單向導電性（普通二極管）3 3）光敏二極管的用法和特點）光敏二極管的用法和特點314 4）光敏二極管的檢測方法）光敏二極管的檢測方法當有光照射在光敏二極管上時，光敏二極管與普通二極管一樣，當有光照射在光敏二極管上時，光敏二極管與普通二極管一樣，有較小的正向電阻和較大的反向電阻；有較小的正向電阻和較大的反向電阻；當無光照射時，光敏二極管正向電阻和反向電阻都很大。當無光照射時，光敏二極管正向電阻和反向電阻都很大。用歐姆表檢測時，先讓光照射在光敏二極管管芯上，測出其正向電阻，用歐姆表檢測時，先

9、讓光照射在光敏二極管管芯上，測出其正向電阻，其阻值與光照強度有關，光照越強，正向電阻值越小；其阻值與光照強度有關，光照越強，正向電阻值越小；然后用一塊遮光黑布擋住照射在光敏二極管上的光線，測量其阻值，然后用一塊遮光黑布擋住照射在光敏二極管上的光線，測量其阻值，這時正向電阻應立即變得很大。這時正向電阻應立即變得很大。有光照和無光照下所測得的兩個正向電阻值相差越大越好。有光照和無光照下所測得的兩個正向電阻值相差越大越好。323.PIN3.PIN光敏二極管光敏二極管結構：結構：P型半導體和型半導體和N型半導體之間夾雜一層很厚的本征半導體（型半導體之間夾雜一層很厚的本征半導體（I層）層） 頻帶寬頻帶寬

10、 線性輸出范圍很寬線性輸出范圍很寬 I I層電阻大，管子輸出電流小層電阻大，管子輸出電流小特點：特點：334.4.雪崩光敏二極管（雪崩光敏二極管（APDAPD）利用利用P-N結在高反向電壓下產生的雪崩效應來工作的一種光伏器件結在高反向電壓下產生的雪崩效應來工作的一種光伏器件工作電壓很高工作電壓很高很高的內增益很高的內增益響應速度快響應速度快電氣圖形符號電氣圖形符號341 1） 伏安特性伏安特性352 2） 特性參數特性參數 雪崩增益雪崩增益M M- - 有光照時的光電流有光照時的光電流I Ip p與無倍增時的光電流與無倍增時的光電流I I0 0之比之比 響應時間響應時間- - 光生載流子在結區

11、的渡越時間很短（高反向偏壓）光生載流子在結區的渡越時間很短（高反向偏壓）363 3）特點）特點 體積小、工作電壓低、使用方便體積小、工作電壓低、使用方便 暗電流大，噪聲也大暗電流大，噪聲也大 光譜為光譜為0.81.10.81.1 m m區，量子效率高于光電倍增管區，量子效率高于光電倍增管375.5.光敏晶體管光敏晶體管- - 集電極電流不僅受基極電路的電流控制，也受光的控制集電極電流不僅受基極電路的電流控制，也受光的控制構成構成-光窗、集電極引出線、發射極引出線光窗、集電極引出線、發射極引出線電氣圖形符號電氣圖形符號38結構原理結構原理 - - 兩個兩個P-NP-N結構成結構成39光敏晶體管的檢測方法光敏晶體管的檢測方法用一塊黑布遮住照射在光敏三極管的光，用一塊黑布遮住照射在光敏三極管的光，選用萬用表的選用萬用表的Rk擋，測量其兩引腳引線擋，測量其兩引腳引線間的正、反向電阻，若均為無限大時則為光間的正、反向電阻，若均為無限大時則為光敏三極管；敏三極管；拿走黑布，則萬用表指針向右偏轉到拿走黑布，則萬用表指針向右偏轉到1530 k處，偏轉角越大，說明其靈敏度越高。處，偏轉角越大，說明其靈敏度越高。401）一維）一維PSD工作原理工作原理6.6.光電位置器件光電