【正文】 一般熱探測器的時(shí)間常數(shù)典型值在 1~內(nèi)，而熱釋電器件的有效時(shí)間常數(shù)可低達(dá) 104 ~ 310 5 s；② 　熱釋電器件的探測率高，在熱探測器中只有氣動(dòng)探測器的 D*才比熱釋電器件稍高，且這一差距正在不斷減小；③ 　熱釋電器件可以有大面積均勻的敏感面，而且工作時(shí)可以不外加接偏置電壓； ④ 　與熱敏電阻相比，它受環(huán)境溫度變化的影響更??；⑤ 熱釋電器件的強(qiáng)度和可靠性比其它多數(shù)熱探測器都要好，且制造比較容易。 （ K=10 23J/K，） 熱釋電器件是一種利用熱釋電效應(yīng)制成的熱探測器件。等效噪聲功率是指：當(dāng)信號(hào)電流或者電壓與噪聲的均方根電流（或均方根電壓）相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的入射輻通量 Φ e叫做等效噪聲功率。K4 由噪聲相關(guān)知識(shí)知，當(dāng)熱敏器件與環(huán)境溫度處于平衡時(shí)，在頻帶寬度內(nèi) ,由于輻射熱導(dǎo)決定的熱起伏功率 (即熱躁聲功率 )溫度噪聲所引起的比探測率為：溫度噪聲所引起的比探測率為：只與探測器的溫度有關(guān) ,理想熱探測器的比探測率已接近或達(dá)到一般光子探測器。 1 熱探測器的一般熱探測器的一般原理原理（（ 1）熱探測器吸收光輻射引起的溫度變化）熱探測器吸收光輻射引起的溫度變化探測器吸收的輻射功率等于每秒中探測器溫升所需能探測器吸收的輻射功率等于每秒中探測器溫升所需能量和傳導(dǎo)損失的能量量和傳導(dǎo)損失的能量入射到熱探測器的調(diào)制光功率為入射到熱探測器的調(diào)制光功率為代入微分方程中，得：代入微分方程中，得：直流分量：直流分量：交流分量：交流分量：響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：（ 2） 熱探測器的極限探測率 根據(jù)斯忒番 玻耳茲曼定律，若器件的溫度為 T，接收面積為 Ad ，并可以將探測器近似為黑體（吸收系數(shù)與發(fā)射系數(shù)相等），當(dāng)它與環(huán)境處于熱平衡時(shí)，單位時(shí)間所輻射的能量為 由熱導(dǎo)的定義 σ為為 StefanBoltzmann常數(shù)常數(shù) , 等于等于 108 W? 第一步對(duì)各種熱電探測器件都適用，而第二步則隨具體器件而異。 下圖所示為單面型二維 PSD， 在受光面上設(shè)有兩對(duì)電極， A、 B為 x軸電極， E為背面襯底共用電極，用它可對(duì)正面各電極進(jìn)行反偏置。? 一維 PSD? 二維 PSD （ 1） 一維 PSD 一維 PSD為 PIN三層結(jié)構(gòu)，其截面如下圖所示。6 光電位置敏感器件 光電位置敏感器件（ PSD） 是一種對(duì)其感光面上入射光點(diǎn)位置敏感的光電器件。 光電耦合器是近年來發(fā)展起來的新型器件，應(yīng)用范圍和生產(chǎn)量正在急劇增加。 用光電耦合雙向可控硅去控制另一個(gè)大功率雙向可控硅，可達(dá)到控制大功率負(fù)載的目的。 將一只 SCR和一只LED密封在一個(gè)封裝中，就可以構(gòu)成一只光耦合的 SCR； 而將一只雙向可控硅和一只 LED密封在一個(gè)封裝中就可以制成一只光耦合的雙向可控硅。下圖為用邏輯電路的信號(hào)來觸發(fā)可控硅 SCR，可控硅的負(fù)載為電感性的開關(guān)電路，采用光電耦合器后，負(fù)載所產(chǎn)生的尖峰噪聲不會(huì)反饋到邏輯電路。 當(dāng)煙霧進(jìn)入煙霧室后，煙霧的固體粒子對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射（圖中只畫出幾個(gè)微粒的反射示意），使部分紅外光到達(dá)光敏三極管，有光電流輸出。圖中右邊為 TTL到 HTL的耦合結(jié)構(gòu)，經(jīng)中央處理部運(yùn)算后由光電耦合器送至輸出部分，光電耦合器成了 TTL和 HTL兩種電路的媒介。 電路之間不僅可以電源不同，而且接地點(diǎn)也可分開。 右圖的原理與上圖相似，輸入端 A或 B中有一個(gè)或兩個(gè)為高電平 “1”，輸出就為低電平 “0”，故為 或非門 電路。（ 3）光電耦合器的應(yīng)用② 用于邏輯門電路 圖為兩個(gè)光電耦合器組成的與門電路，如果在輸入端 A和 B同時(shí)輸入高電平 “1”，則兩個(gè)發(fā)光二極管 GY1和 GY2都發(fā)光，兩個(gè)光敏三極管 GG1和GG2都導(dǎo)通，在輸出端 C就呈現(xiàn)高電平 “1”。 右圖是 PMOS電路電平轉(zhuǎn)到 TTL電路電平的電路圖。 （ 2）光電耦和器件的特點(diǎn) ：① 用于電平轉(zhuǎn)換 由于各種集成電路所用的電源電壓是不同的，如在一個(gè)系統(tǒng)中用兩種材料的集成電路芯片，則需要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。⑥ 既具有耦合特性又具有隔離性能，可避免振動(dòng)、噪聲干擾。④ 響應(yīng)速度快，可達(dá)微秒甚至納秒數(shù)量級(jí)。② 信號(hào)傳輸是單向的，適用于脈沖／直流或模擬／數(shù)字。光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形 ① 具有電隔離的功能。 216。如：產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù) 感應(yīng)式水龍頭（ ⅱ）反射型光電開關(guān)的結(jié)構(gòu) ?(a) 透射式； (b) 反射式 透射式反射式216。 可用于檢測兩臂之間是否有物體存在或者檢測物體通過兩臂之間的運(yùn)動(dòng)速度。 用途： 用于隔離線路、開關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、過流保護(hù)、電平匹配等。 GD－ 310型：以光電三極管作為接收器件 GD－ 210型：以光電二極管作為接收器件(1) 光電耦合器件的結(jié)構(gòu)和分類 根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，又可分為用于 實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器 和用于檢測有無物體的光傳感器 。 光電耦合器的另一個(gè)重要特性是用 IF控制 I?，信號(hào)的傳遞是單向的。通過電 —— 光、光 —— 電，兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。　 　 光電耦合器是 發(fā)光器件 與 光接收器件 集成在一起的組合器件，是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種器件。 （５） 光敏場效應(yīng)晶體管 ，具有靈敏度高、線性動(dòng)　　　　態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、輸出阻抗低、　　　　 體積小等優(yōu)點(diǎn)。光敏面（３） 光敏晶閘管 （光激可控硅），由入射光線觸 發(fā)導(dǎo)通的可控硅元件。? 導(dǎo)通后，即使光照消失，光敏晶閘管仍維持導(dǎo)通。? 在設(shè)計(jì)雪崩光敏二極管時(shí)，要保證載流子在整個(gè)光敏區(qū)的均勻倍增，這就需要選擇無缺陷的材料，必須保持更高的工藝和保證結(jié)面的平整。? 不需要后續(xù)龐大的放大電路等特點(diǎn)。? 雪崩光電二極管具有電流增益大，靈敏度高，頻率響應(yīng)快，帶寬可達(dá) 100GHz。167。雪崩光敏二極管的工作原理：雪崩光電二極管的倍增電流、噪聲與偏壓的關(guān)系曲線? 在偏置電壓較低 時(shí)的 A點(diǎn)以左，不發(fā)生雪崩過程；隨著偏壓的逐漸升高，倍增電流逐漸增加? 從 B點(diǎn)到 c點(diǎn)增加很快，屬于雪崩倍增區(qū)；偏壓再繼續(xù)增大，將發(fā)生雪崩擊穿；同時(shí)噪聲? 也顯著增加，如 圖中 c點(diǎn)以有的區(qū)域。? 只要電場足夠強(qiáng)，此過程就將繼續(xù)下去，達(dá)到載流子的雪崩倍增。? 當(dāng)光敏二極管 的 PN結(jié)上加相當(dāng)大的反向偏壓時(shí)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個(gè)很高的電場，使進(jìn)入場區(qū)的光生載流子獲得足夠的能量，通過碰撞使晶格原子電離，而產(chǎn)生新的電子 — 空穴對(duì)。? 通過一定的工藝可以 使它在 量子效率達(dá)到 30％，非常適于可見光及近紅外區(qū)域的應(yīng)用。缺點(diǎn) : 由于 I層的 存在 ， 管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。 下圖為用脈沖光源測出的 2CU型硅光電二極管的響應(yīng)時(shí)間與負(fù)載 RL的關(guān)系曲線，從中可以看出當(dāng)負(fù)載超過 104Ω以后，響應(yīng)時(shí)間增加得更快 . ④ 頻率響應(yīng)特性（１） PIN型硅光電二極管 ，高速光電二極　　　　　管，響應(yīng)時(shí)間達(dá) 1ns，適用于遙控裝置4 其它光電管 PIN管的最大優(yōu)點(diǎn)是： 頻帶寬，可達(dá) 10GHz。IL－ T 特性ID－ T 特性③ 溫度特性　 硅光電二極管的頻率特性主要決定于光生載流子的渡越時(shí)間。由于暗電流的增加，使輸出信噪比變差，必要時(shí)要采取恒溫或補(bǔ)償措施。（ 3） 硅光電三極管與硅光電二極管特性比較① 光照特性② 伏安特性 伏安特性表示為當(dāng)入射光的照度 (或光通量 )一定時(shí)，光電二極管和光電三極管輸出的光電流與所加偏壓的關(guān)系。如果要求截止頻率高，那么基區(qū)就要?。坏鶇^(qū)變薄，光電靈敏度將降低，在制造時(shí)要適當(dāng)兼顧兩者。對(duì)于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在 5000Hz以下，硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好。一般來說。④ 光敏三極管的溫度特性 光敏三極管的頻率特性曲線如下圖所示。從曲線看，溫度變化對(duì)光電流和暗電流都有影響，對(duì)暗電流的影響更大。因而在大照度時(shí)，光敏三極管不能作線性轉(zhuǎn)換元件，但可以作開關(guān)元件使用。它們之間呈近似線性關(guān)系。光敏三極管不僅能把光信號(hào)變成電信號(hào)、而且輸山的電信號(hào)較大 。（ 2） 光敏三極管特性參數(shù) ① 光敏三極管的光譜特性 　 光敏三極管在不同的照度下的伏安特性與一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性類似。 由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管的性能較差。所以光敏三極管對(duì)光信號(hào)具有放大作用 光敏三極管等效電路 　 　 與光敏電阻、光敏二極管類似，光敏三極管也存在最佳靈敏度的峰值波長。 　 — 光敏三極管電流放大系數(shù) 216。 216。集電極為光電結(jié)，集電極產(chǎn)生的光電流 向基區(qū)注入，同時(shí)在集電極產(chǎn)生一個(gè)被放大的電流 。光敏三極管的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。與 光敏二極管光敏二極管 相相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。 當(dāng)具有光敏特性的當(dāng)具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 β倍的信號(hào)電流。因此，可以說， 光敏三極管是一種相當(dāng)于將基極集電極光敏二極管的電流加以放大的普通晶體管放大器。入射光子在基區(qū)及收集區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)，形成光生電壓。因此，不管是 PNP還是 NPN型光敏三極管，一般用基極 — 集電極結(jié)作為受光結(jié)。光敏晶極管結(jié)構(gòu) N NPcbe(1) 光敏三極管結(jié)構(gòu)和工作原理 光敏三極管本質(zhì)上是相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光電二極管的普通三極管。是將 基極 — 集電極 結(jié)作為光敏二極管，集電結(jié)做受光結(jié)，尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。 3 光敏三極管幾種光敏三極管幾種光敏三極管216。光敏三極管光敏三極管 和普通三極管相似，也有電流放大作用，只和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路的電流控制，同時(shí)也是它的集電極電流不只是受基極電路的電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。光敏二極管頻率響應(yīng)曲線 ⑤ 頻率響應(yīng) ? 將光敏二極管以線列或面陣形式集合在一起，用來同時(shí)探測被測物體各部位提供的不同光信息，并將這些信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件 。光敏管的頻響與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長等因素有關(guān)。③ 伏安特性 由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的暗電流對(duì)溫度變化很敏感。 硅光敏二極管的光譜響應(yīng)如下：　　　 當(dāng)入射波長＞ 時(shí)響應(yīng)下降， 因波長長光子能量小于禁帶寬度， 不產(chǎn)生電子、空穴對(duì)； 當(dāng)入射波長＜ 時(shí)，響應(yīng)也逐漸下降，波長短的光穿透深度小，使光電流減小。 ① 光照特性 （ 2） 基本特性 下圖是硅光敏二極管在小負(fù)載電阻下的光照特性。+ ++ 硅光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理與硅光電池相似，不同的地方是：① 就制作襯底材料的摻雜濃度而言，光電池較高，約為 1016～　　 1019原子數(shù)／厘米 3，而硅光電二極管摻雜濃度約為 1012～　　 1013原子數(shù)／厘米 3 ；② 光電池的電阻率低，約為 ～ ／厘米，而硅光電　　二極管則為 1000歐姆／厘米，③ 光電池在 零偏下 工作，而硅光電二極管在 反偏下 工作；④ 一般光電池的光敏面面積都比硅光電二極管的光敏面大得多。注： 發(fā)光二極管與光敏二極管不同，發(fā)光二極管利用固體材料發(fā)光（電致發(fā)光），材料不同發(fā)光顏色不同，是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的器件，加正向電壓時(shí)，在 NP的電子、空穴結(jié)合過程中發(fā)射一定頻率的光信號(hào)。 光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它們都有一個(gè) PN結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。 它裝在透明玻璃外殼中 , 其 PN結(jié)裝在管的頂部 , 可以直接受到光照射。 工作原理與電池相似，利用光子引起的 電子躍遷 將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，光生電流與光強(qiáng)成正比。光敏二極管通常在 反偏置 條件下工作，也可用在 零偏置 狀態(tài)。 如在高溫和強(qiáng)光照射下 ,會(huì)使 光電池的性能變壞 ,而且降低使用壽命，這在使用中要加以注意。硅光電池的性能比硒光電池更穩(wěn)定。 它的開路電壓 Voc隨著溫度的升高而減小，其值約為 2～3mV／ oC； 短路電流 I sc 隨著溫度的升高而增大，但增大比例很小，約為 105～ 103mA/oC數(shù)量級(jí)。 光電池的溫度特性曲線主要指光照射時(shí)它的開路電壓Voc與短路電流 Isc隨溫度變化的情況。（ ⅱ ）光電池面積越大則響應(yīng)時(shí)間越大，因?yàn)楣怆姵孛娣e越大則結(jié)電容 越大，在給定負(fù)載 時(shí)，時(shí)間常數(shù) 就越大，故要求短的響應(yīng)時(shí)間，必須選用小面積光電池。 （ ⅰ ）要得到短的響應(yīng)時(shí)間，必須選用小的負(fù)載電阻； 負(fù)載大時(shí)頻率特性變差，減小負(fù)載可減小時(shí)間常數(shù)，提高頻響。 硅、硒光電池的頻率特