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1、第04章光伏探測器利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制作的器件稱為光伏探測器，簡稱PV（Photovoltaic）探測器，也稱結(jié)型光電器件。PN結(jié)受到光照時，可在PN結(jié)的兩端產(chǎn)生光生電勢差，這種現(xiàn)象則稱為光伏效應(yīng)。光伏效應(yīng)：光伏探測器：光伏器件簡稱PV（Photovoltaic）單元器件線陣器件四象限器件第04章光伏探測器4.1光伏探測器的原理和特性4.2常用光伏探測器4.3光伏探測器組合器件4.4光伏探測器的偏置電路4.1光伏探測器的原理和特性1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性2.開路電壓Uoc和短路電流Isc3．暗電流和溫度特性4．噪聲、信噪比和噪聲等效功率5.光譜特性6.響應(yīng)時間和頻率特性
2、4.1光伏探測器的原理和特性1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性電流方程伏安特性伏安特性第一象限：普通二極管光電探測器這個區(qū)域沒有意義！！1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性伏安特性第三象限：光電導(dǎo)模式光電二極管這個區(qū)域重要意義！！反向偏壓可以減小載流子的渡越時間和二極管的極間電容，有利于提高器件的響應(yīng)靈敏度和響應(yīng)頻率。1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性第四象限：光伏模式光電池工作區(qū)域伏安特性1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性伏安特性光電二極管光電池普通二極管1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性等效電路（意義：分析與計算）1.光照下的PN結(jié)電流方程及伏安特性電流源普通二極管4.
3、1光伏探測器的原理和特性2.開路電壓Uoc和短路電流Isc負(fù)載電阻RL→∞，光伏探測器兩端的電壓稱為開路電壓負(fù)載電阻RL=0，流過光伏探測器稱為短路電流--開路電壓短路電流4.1光伏探測器的原理和特性電流方程暗電流硅光電二極管暗電流的溫度特性常溫條件下，暗電流硅光電二極管～100nA硅PIN光電二極管～1nA3.暗電流4.1光伏探測器的原理和特性3.暗電流電流方程暗電流暗電流的影響：1.弱光的測量2.增大散粒噪聲暗電流減小方法：1.降低溫度2.偏壓為零或為負(fù)4.1光伏探測器的原理和特性4．噪聲、信噪比和噪聲等效功率光伏探測器的噪聲主要包括器件中光電流的散粒噪聲、暗電流的散粒噪聲和P
4、N結(jié)漏電阻Rsh的熱噪聲。噪聲等效功率特別注意：一般產(chǎn)品手冊中給出的探測器的NEP值僅考慮了暗電流對散粒噪聲的貢獻(xiàn)。光電二極管噪聲等效功率計算PINPD～10-14W/Hz1/24.1光伏探測器的原理和特性4.1光伏探測器的原理和特性5.光譜特性光伏探測器波長響應(yīng)范圍紫外光可見光紅外－－遠(yuǎn)紅外光4.1光伏探測器的原理和特性5.光譜特性光伏探測器波長響應(yīng)范圍紫外光可見光近紅外－－遠(yuǎn)紅外光光電導(dǎo)探測器波長響應(yīng)范圍紫外光可見光近紅外－－極遠(yuǎn)紅外光二者光譜響應(yīng)范圍的差別？為什么？4.1光伏探測器的原理和特性6.響應(yīng)時間和頻率特性光伏效應(yīng)示意圖響應(yīng)時間：擴散時間～10-9s漂移時間～10-1
5、1s電路時間常數(shù)1.5×10－9s光敏區(qū)薄，縮短擴散時間；4.1光伏探測器的原理和特性6.響應(yīng)時間和頻率特性頻率特性：僅考慮電路時間常數(shù)硅光電二極管~幾百兆赫，~上千兆赫的響應(yīng)頻率;PIN光電二極管~10GHz,雪崩光電二極管100GHz4.1光伏探測器的原理和特性比較：頻率特性光伏探測器光電導(dǎo)探測器光伏探測器頻率特性由電路時間常數(shù)決定光電導(dǎo)探測器頻率特性由載流子壽命決定4.2常用光伏探測器4.2.1硅光電池4.2.2硅光電二極管4.2.3硅光電三極管4.2.4PIN光電二極管4.2.5雪崩光電二極管4.2.6紫外光電二極管4.2.7碲鎘汞、碲錫鉛紅外光電二極管4.2常用光伏探測器
6、4.2.1硅光電池工作區(qū)域：第四象限：4.2常用光伏探測器結(jié)構(gòu)：分類：－－主要功能是作為光電探測用，光照特性的線性度好太陽能光電池測量光電池－－主要用作電源，轉(zhuǎn)換效率高、成本低(SolarCells)4.2.1硅光電池4.2常用光伏探測器光電特性照度—電流電壓特性照度—負(fù)載特性4.2.1硅光電池伏安特性光電池伏安特性4.2常用光伏探測器4.2.1硅光電池伏安特性4.2常用光伏探測器－－表示輸出電流和電壓隨負(fù)載電阻變化的曲線無外加偏壓（自偏壓）4.2.1硅光電池4.2常用光伏探測器4.2.2硅光電二極管結(jié)構(gòu)：摻雜濃度較低；電阻率較高；結(jié)區(qū)面積??；通常多工作于反偏置狀態(tài)；結(jié)電容小，頻率
7、特性好；光電流比光電池小得多，一般多在微安級比較：光電二極管與光電池表4－2和表4－1（Photodiode，簡稱PD）4.2常用光伏探測器4.2.3硅光電三極管－－又稱為光電晶體管（Phototransistor，簡稱PT）光電三極管在電子線路中的符號4.2常用光伏探測器4.2.3硅光電三極管原理性結(jié)構(gòu)圖：又稱為光電晶體管（Phototransistor，簡稱PT）光電三極管的結(jié)構(gòu)和普通晶體管類似，但它的外殼留有光窗4.2常用光伏探測器4.2.3硅光電三極管原理圖：
