【正文】 池的特性 伏安特性 無(wú)光照時(shí)，光電池伏安特性曲線與普通半導(dǎo)體二極管相同。 曲線與電壓軸交點(diǎn)稱為開(kāi)路電壓 VOC，與電流軸交點(diǎn)稱為短路電流 ISC。 開(kāi)路電壓下降大約 2?3mV/度 短路電流上升大約 105?103mA/度 溫度特性 隨著溫度的上升，硅光電池的光譜響應(yīng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，開(kāi)路電壓下降，短路電流上升。 光譜響應(yīng)度 ? 硅光電池 響應(yīng)波長(zhǎng) ， 峰值波長(zhǎng) 。 光電池的光照特性 ? 連接方式：開(kāi)路電壓輸出 (a) 短路電流輸出 (b) ? 光電池在不同的光強(qiáng)照射下可產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì) 。 ? 開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)變化是非線性的 ， 并且當(dāng)照度在2022lx時(shí)趨于飽和 。 ? 因此，在要求輸出電流與光照度成線性關(guān)系時(shí)，負(fù)載電阻在條件許可的情況下 越小越好 ，并限制在適當(dāng)?shù)墓庹辗秶鷥?nèi)使用。 ? 將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能 實(shí)際應(yīng)用中，把硅光電池經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組成電池組。 外形不同之處是在光電二極管的外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射 ，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換 。 ? 為了提高光電轉(zhuǎn)換能力 ， PN結(jié)的深度較普通二極管淺 。 ? 增加了耗盡層的寬度 ， 結(jié)電容減小 ， 提高器件的頻響特性 。 ? 光敏二極管體積小，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，光譜響應(yīng)在可見(jiàn)到近紅外區(qū)中，光電檢測(cè)中應(yīng)用多。 ? i層所起的作用 : (1)為了取得較大的 PN結(jié)擊穿電壓，必須選擇高電阻率的基體材料，這樣勢(shì)必增加了串聯(lián)電阻，使時(shí)間常數(shù)增大，影響管子的頻率響應(yīng)。這樣不但提高了擊穿電壓，還減少了串聯(lián)電阻和時(shí)間常數(shù)。 ? 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(chǎng)，使進(jìn)入場(chǎng)區(qū)的光生載流子獲得足夠的能量， 通過(guò)碰撞使晶格原子電離 ，而產(chǎn)生新的電子 — 空穴對(duì)。 ? 只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，此過(guò)程就將繼續(xù)下去，達(dá)到載流子的雪崩倍增。 雪崩光敏二極管 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(guò)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)噪聲增大。最佳的偏壓工作區(qū)是 c點(diǎn)以左，否則進(jìn)入雪崩擊穿區(qū)燒壞管子。 ? 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。 ? 不需要后續(xù)龐大的放大電路等特點(diǎn)。 ? 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(wú)缺陷的材料，必須保持更高的工藝和保證結(jié)面的平整。 雪崩光電二極管與光電倍增管比較 ? 體積小 ? 結(jié)構(gòu)緊湊 ? 工作電壓低 ? 使用方便 ? 但其暗電流比光電倍增管的暗電流大，相應(yīng)的噪聲也較大 ? 故光電倍增管更適宜于弱光探測(cè) 光敏二極管陣列 ? 將光敏二極管以線列或面陣形式集合在一起 ， 用來(lái)同時(shí)探測(cè)被測(cè)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 。 ? 同光電二極管一樣 ， 光電三極管外殼也有一個(gè)透明窗口 ， 以接收光線照射 。 NPN光電三極管結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖 光電三極管工作原理 ? NPN光電三極管 （ 3DU型 ） ， 使用時(shí)光電二極管的發(fā)射極接電源負(fù)極 ， 集電極接電源正極 。 集電結(jié) (基 — 集結(jié) )處于反向偏置 ， 基極電流等于 0， 因而集電極電流很小 ， 為光電三極管的暗電流 。 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) B E C N N P 基極 發(fā)射極 集電極 ? 光電三極管與光電二極管相比，具有較高的輸出光電流，但線性差。 光電三極管的光照特性 光敏三極管的伏安特性 ? 硅光電三極管的光電流在毫安量級(jí) ， 硅光電二極管的光電流 在微安量級(jí) 。 ? 工作電壓較低時(shí)輸出電流有非線性 ， 硅光電三極管的非線 性更嚴(yán)重 。 一般來(lái)說(shuō) ， 光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差 。 光電耦合器件 ? 定義：發(fā)光器件與光接受器件的組合器件。 ? 光傳感器：用于檢測(cè)物體的位置或物體有無(wú)的狀態(tài)。 CCD （ Charge Coupled Device） ? CCD是一種電荷耦合器件 (Charge Coupled Device) ? CCD的突出特點(diǎn)：是以 電荷 作為信號(hào)，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。 ? CCD工作過(guò)程的主要問(wèn)題是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)。 （Ｐ／Ｎ型層） 電極 ? 在柵極加正偏壓之前， P型半導(dǎo)體中的空穴（多子）的分布是均勻的。 ? 當(dāng) UG＞ Uth時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢(shì)變得非常高，以致于將半導(dǎo)體內(nèi)的電子 (少子 )吸引到表面，形成一層極薄但電荷濃度很高的反型層。 電荷存儲(chǔ) 電荷的轉(zhuǎn)移（耦合） ? ＣＣＤ主要由三部分組成：信號(hào)輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)輸出。 ? 電荷注入的方法主要有兩類：光注入和電注入 ? 電注入：用于濾波、延遲線和存儲(chǔ)器等。 ? 光注入：用于攝像機(jī)。當(dāng)光照射 CCD硅片時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開(kāi)，少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。 ? 空間分辨率高，可以獲得很高的定位精度和測(cè)量精度。 ? 高速掃描，基本上不保留殘象 (電子束攝象管有 15~20％的殘象 ) ? 集成度高 ? 可用于非接觸精密尺寸測(cè)量系統(tǒng)。 ? 有數(shù)字掃描能力。 CCD的特性參數(shù) ? 像素?cái)?shù)量， CCD尺寸，最低照度，信噪比等 ? 像素?cái)?shù)是指 CCD上感光元件的數(shù)量。 體溝道或埋溝道器件 (簡(jiǎn)稱 BCCD) ——電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸。 ? 面陣 CCD：器件象元排列為一平面，它包含若干行和列的結(jié)合。 線陣 CCD：一行，掃描；體積小，價(jià)格低； 面陣 CCD: 整幅圖像；直觀；價(jià)格高，體積大； 面陣 CCD芯片 二相驅(qū)動(dòng) 視頻輸出 行 掃 描 發(fā) 生 器 輸出寄存器 檢波二極管 二相驅(qū)動(dòng) 感光區(qū) 溝阻 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 感光區(qū) 存儲(chǔ)區(qū) 析像單元 視頻輸出 輸出柵 串行讀出 面型 CCD圖像傳感器結(jié)構(gòu) (a) (b) CCD器件 的應(yīng)用 小型化黑白、彩色 TV攝像機(jī)（面陣 CCD應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域） 日本松下 CDT型超小型 CCD彩色攝像機(jī)，直徑 17mm，長(zhǎng) 48 mm，使用超小型鏡頭，重量 54g，深受歡迎。 傳真通訊系統(tǒng) 用 1024～ 2048像元的線陣 CCD作傳真機(jī)，可在不到一秒鐘內(nèi)完成 A4開(kāi)稿件的掃描。 重慶大學(xué) 1985年的 CD1型 OCR機(jī)，識(shí)別率達(dá) 99． 9﹪ 廣播 TV 用 SSIS(Solid State Imaging Sensor固態(tài)圖象傳感器 )代替光導(dǎo)攝像管。 工業(yè)檢測(cè)與自動(dòng)控制（機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用） ①．在鋼鐵、木材、紡織、糧食、醫(yī)藥、機(jī)械等領(lǐng)域 作零件尺寸的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，產(chǎn)品質(zhì)量、包裝、形狀識(shí)別、表面缺陷或粗糙度檢測(cè)。 ③．還可作機(jī)器人視覺(jué)傳感器。 天文觀測(cè) ①．天文攝像觀 ②．從衛(wèi)星遙感地面 如：美國(guó)用 5個(gè) 2048位 CCD拼接成 10240位長(zhǎng)取代125mm寬偵察膠卷，作地球衛(wèi)星傳感器。 軍事上其他應(yīng)用：微光夜視、導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)跟蹤、軍用圖象通信等