光电二极管和光敏电阻的特性研究 ppt课件
- 格式:ppt
- 大小:4.16 MB
- 文档页数:11
7光电二极管和光敏电阻的特性研究光电二极管和光敏电阻是光电转换器件中常见的两种,可以将光信号转换为电信号,并且在不同的光照条件下表现出不同的特性。
本篇文章将深入研究这两种器件的特性。
光电二极管是一种将光能转化为电能的电子元件,其工作原理基于内照射效应,也就是当光线照射到PN结的一个极化面上时,光激发了电子从价带跃迁到导带,从而产生了电流。
光电二极管具有高灵敏度、快速响应、线性传输、宽动态范围等特点,广泛应用于光通信、测量和光功率控制等领域。
光电二极管的主要特性包括光电流、响应时间和谱响应特性。
其中,光电流是指当光照射到光电二极管上时,从结的外部产生的电流。
光电流与光强之间呈线性关系,即光强越大,光电流越大。
响应时间是指光电二极管从光刺激到输出电流达到稳定的时间,这个时间一般较短,可以达到纳秒甚至亚纳秒级别。
谱响应特性是指光电二极管对不同波长光的响应情况,它可以由光电二极管的材料特性和结构参数决定。
与光电二极管相比,光敏电阻是一种将光信号转化为电阻信号的器件。
光敏电阻的工作原理是光照射到其表面时,导致其电阻发生变化,光照强度越大,电阻值越小。
光敏电阻具有简单、成本低、响应时间短等优点,在光控制、光测量等领域有广泛应用。
光敏电阻的主要特性包括光敏电阻特性曲线、光敏电阻的光照饱和特性、响应时间和稳定性。
光敏电阻特性曲线是指光敏电阻的电阻值与入射光照强度之间的关系,一般为非线性特性。
光敏电阻的光照饱和特性是指当光照强度足够大时,光敏电阻的电阻值不再发生变化,达到饱和状态。
响应时间是指光敏电阻由无光状态切换到有光状态,并且电阻值达到稳定的时间,一般较短。
稳定性是指光敏电阻的电阻值在长时间使用过程中是否稳定,不发生明显的漂移。
在实际应用中,可以根据具体的需求选择光电二极管或光敏电阻。
如果需要高灵敏度、快速响应和线性传输特性时,可以选择光电二极管;如果对成本、响应时间和简单性要求较高时,可以选择光敏电阻。
无论选择哪种器件,都需要根据具体的应用需求来设计和搭配其他电路元件。
1、光电效应光敏传感器的物理基础是光电效应,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射称为外光电效应,或光电子发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
电子并不逸出材料表面的则是内光电效应。
光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应。
即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。
光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类,几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类,通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。
(1)光电导效应若光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大,某些电子吸收光子的能量,从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大,即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。
它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。
前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带,价带中由于电子离开而产生空穴,在外电场作用下,电子和空穴参与电导,使电导增加。
杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带,从而使电导增加。
杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。
(2)光生伏特效应在无光照时,半导体PN结内部自建电场。
当光照射在PN结及其附近时,在能量足够大的光子作用下,在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。
载流子在结区外时,靠扩散进入结区;在结区中时,则因电场E的作用,电子漂移到N区,空穴漂移到P区。
结果使N区带负电荷,P区带正电荷,产生附加电动势,此电动势称为光生电动势,此现象称为光生伏特效应。
2、实验原理(1)光敏电阻利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。
目前,光敏电阻应用的极为广泛,可见光波段和大气透过的几个窗口都有适用的光敏电阻。
利用光敏电阻制成的光控开关在我们日常生活中随处可见。
当内光电效应发生时,光敏电阻电导率的改变量为:(1)在(1)式中,e为电荷电量,为空穴浓度的改变量,为电子浓度的改变量,表示迁移率。
7光电二极管和光敏电阻的特性研究光电二极管和光敏电阻是光电器件中常见的两种器件,它们都是利用光的能量来实现电信号的转换和控制。
光电二极管是一种半导体器件,具有良好的光电转换性能,可用于光电探测、数据传输、光通信等领域;而光敏电阻是一种变阻器,其电阻值随光照强度的变化而变化,可用于光照控制、光敏测量等应用。
本文将重点研究光电二极管和光敏电阻的特性及其在实际应用中的表现。
光电二极管是一种具有PN结构的半导体器件,具有双向导电性能。
当光线照射在PN结处时,会产生电子-空穴对,并在电场的作用下被分离导致电荷分布不平衡,从而产生光电效应。
光电二极管的工作原理可以用能带理论解释,当光子能量大于材料的能隙能量时,光子被吸收并激发电子-空穴对,导致电子移动形成电流。
光电二极管的电流与入射光的光强成正比关系,且具有快速响应速度和高灵敏度的特点。
在实际应用中,光电二极管常用于光电探测器、光通信系统和光电传感器等领域。
光敏电阻是一种可以随光照强度变化而改变电阻值的器件,属于光电阻类变阻器。
其基本结构为敏感电阻膜层、传导电极和绝缘层。
当光线照射到敏感电阻膜层上时,电子受激跃迁到导带形成导电通道,使电阻值减小;相反,如果光线减弱或关闭,电子不再受激跃迁,电阻值增大。
光敏电阻的变化规律遵循兰伯特-贝尔定律,即光照强度与电阻值呈线性关系。
在实际应用中,光敏电阻常用于光控开关、光感应控制系统和光强度测量等领域。
除了各自的特性外,光电二极管和光敏电阻还可以相互结合使用,实现更多的功能。
例如,将光电二极管和光敏电阻串联,在一定光照条件下,光电二极管产生的电流驱动光敏电阻发生电阻变化,从而实现对光照强度的控制。
这种组合可以应用于光强度调节、智能光控系统等领域,提高系统的集成度和稳定性。
在实际应用中,光电二极管和光敏电阻的性能评价主要包括以下几个方面:灵敏度、响应速度、线性度、波长范围、稳定性和耐久性等。
针对不同的应用需求,需选择合适的光电二极管和光敏电阻,并根据具体情况进行参数调节和性能优化。