7.2.1.2与测量有关的两个参数 (1)暗电流 光电倍增管接上工作电压后,在没有光照的情况下阳极仍会有一个很小的电流输出,此 电流即称为暗电流。光电倍增管在工作时,其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部分 组成。当信号电流比较大时,暗电流的影响可以忽略,但是当光信号非常弱,以至于阳 极信号电流很小甚至和暗电流在同一数量级时,暗电流将严重影响对光信号测量的准确 性。所以暗电流的存在决定了光电倍增管可测量光信号的最小值。一只好的光电倍增管, 要求其暗电流小并且稳定。 (2)光谱响应特征 光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不相同的,这一特性可用光谱响应率表示。 在给定波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大小称为光电倍增管的绝对光谱响 应率,表示为 S()= (4) P() 式中,P(A)为入射到光阴极上的单色辐射功率;I(λ)是在该辐射功率照射下所产生的 阳极电流;S(λ)是波长的函数,它与波长的关系曲线称为光电倍增管的绝对光谱响应曲 线 测量S(λ)十分复杂,因此在一般测量中都是测量它的相对值。为此,可以把S(λ)中的 最大值当作一个单位对所有S(λ)值进行归一化,这时就得到 ()、S(4) Smax(n) (7.5) s(λ)称为光电倍增管的相对光谱响应率,它与波长的关系曲线称为光电倍增管的相对 光谱响应曲线。s(λ)≤1,是一个无量纲的量,只表示光电倍增管的光谱响应特征
7.2.1.2 与测量有关的两个参数 (1) 暗电流 光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极仍会有一个很小的电流输出，此 电流即称为暗电流。光电倍增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部分 组成。当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，但是当光信号非常弱，以至于阳 极信号电流很小甚至和暗电流在同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的准确 性。所以暗电流的存在决定了光电倍增管可测量光信号的最小值。一只好的光电倍增管， 要求其暗电流小并且稳定。 (2) 光谱响应特征 光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不相同的，这一特性可用光谱响应率表示。 在给定波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大小称为光电倍增管的绝对光谱响 应率，表示为 (7.4) 式中，P(λ)为入射到光阴极上的单色辐射功率；I(λ)是在该辐射功率照射下所产生的 阳极电流；S(λ)是波长的函数，它与波长的关系曲线称为光电倍增管的绝对光谱响应曲 线。 测量S(λ)十分复杂，因此在一般测量中都是测量它的相对值。为此，可以把S(λ)中的 最大值当作一个单位对所有S(λ)值进行归一化，这时就得到 (7.5) s(λ)称为光电倍增管的相对光谱响应率，它与波长的关系曲线称为光电倍增管的相对 光谱响应曲线。s(λ)≤1，是一个无量纲的量，只表示光电倍增管的光谱响应特征。 ( ) ( ) ( ) P I S = ( ) ( ) ( ) Smax S s =
7.2.2内光电效应器件 7.2.2.1工作原理 光敏电阻是一种光电效应半导体器件,应用于光存在与否的感应(数字量)以及光强 度的测量(模拟量)等领域。它的体电阻系数随照明强度的增强而减小,容许更多的光 电流流过。这种阻性特征使得它具有很好的品质:通过调节供应电源就可以从探测器上 获得信号流,且有着很宽的范围。 光敏电阻是薄膜元件,它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在 光电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之 间,做的狭小、交叉,使得在适度的光线时产生较低的阻值。 光敏电阻的检测: A用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住,此时万用表的指针基本保持不动,阻值接 近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零,说明光敏电阻已 烧穿损坏,不能再继续使用。 B将一光源对准光敏电阻的透光窗口,此时万用表的指针应有较大幅度的摆动,阻值 明显减小,此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大,表明光敏电阻内 部电路损坏,也不能再继续使用 C将光敏电阻透光窗口对准入射光线,用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动,使 其间断受光,此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在 某一位置不随纸片晃动而摆动,说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。 光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管,它们的工作原理也是基于内光电效应, 和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上,PN结参与了光电转换过程
7.2.2 内光电效应器件 7.2.2.1 工作原理 光敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与否的感应（数字量）以及光强 度的测量（模拟量）等领域。它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光 电流流过。这种阻性特征使得它具有很好的品质：通过调节供应电源就可以从探测器上 获得信号流，且有着很宽的范围。 光敏电阻是薄膜元件，它是由在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在 光电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之 间，做的狭小、交叉，使得在适度的光线时产生较低的阻值。 光敏电阻的检测： A 用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接 近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已 烧穿损坏，不能再继续使用。 B 将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值 明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内 部电路损坏，也不能再继续使用。 C 将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使 其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在 某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。 光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管，它们的工作原理也是基于内光电效应， 和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程
光敏二极管的结构和普通二极管相似,只是它的PN结装在管壳顶部,光线通过透镜制 成的窗口,可以集中照射在PN结上,图7.2.6a是其结构示意图。光敏二极管在电路中通 常处于反向偏置状态,如图7.2.6b所示 我们知道,PN结加反向电压时,反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的 浓度,无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少,因此反向 电流很小。但是当光照PN结时,只要光子能量h大于材料的禁带宽度,就会在PN结及其 附近产生光生电子空穴对,从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加,它们在外加反 向电压和PN结内电场作用下定向运动,分别在两个方向上渡越PN结,使反向电流明显 增大。如果入射光的照度变化,光生电子空穴对的浓度将相应变动,通过外电路的光电 流强度也会随之变动,光敏二极管就把光信号转换成了电信号 N E a)结构示意图和图形符号 b)基本电路 a)结构示意图b)基本电路 图726光敏二极管 图727光敏三极管
光敏二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制 成的窗口，可以集中照射在PN结上，图7.2.6a是其结构示意图。光敏二极管在电路中通 常处于反向偏置状态，如图7.2.6b所示。 我们知道，PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的 浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向 电流很小。但是当光照PN结时，只要光子能量h大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其 附近产生光生电子.空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加，它们在外加反 向电压和PN结内电场作用下定向运动，分别在两个方向上渡越PN结，使反向电流明显 增大。如果入射光的照度变化，光生电子.空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电 流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。 μA E V + - IΦ a) 结构示意图和图形符号 b) 基本电路 E U0 c e Ic RL N N P a)结构示意图 b)基本电路 图7.2.6 光敏二极管 图7.2.7 光敏三极管