第3章 半导体光电检测器件及应用4.ppt

光电耦合器件光电耦合器件光电耦合器的结构示意图4光电耦合器件的工作原理光耦合器件有透光型与反射型两种。在透光型光耦合器件中，发光器件与受光器件面对面安放，在它们之间有一间隔，当物体通过这一间隔时，发射光被切断。利用这一现象可以检测出物体的有无。采用这种方式的耦合器件后边连接的接口电路设计比较简单，检测位置精度也高。
反射型光耦合器件从发光器件来的光反射到物体上面由受光器件来检测出，比起透光型来显得体积小，把它放在物体的侧面就能使用。7光电耦合器能很容易把不同电位的两组电路互连起来，圆满地完成电平匹配、电平转移等功能。光电耦合器的输入端的发光器件是电流驱动器件，通过光与输出端耦合，抗干扰能力很强，在长线传输中用它作为终端负载时，可以大大提高信息在传输中的信噪比。光电耦合器件的主要参数102、最高工作频率，12131、电平转换图（a）中，TTL门电路导通时，即输出低电平，发光二极管导通，光电三极管输出高电平；TTL门电路截止时，发光二极管截止，光电三极管输出低电平。
图（b）中，则是利用TTL截止输出高电平，发光二极管导通，光电三极管输出低电平；TTL导通输出低电平，发光二极管截止，光电三极管输出高电平。
在进行具体应用时，因CMOS集成电路在低电平时的电流只有1～2mA，难以直接驱动所接的负载，故一般需加一级三极管放大电路来驱动。2、组成开关电路图1电路中，当输入信号ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，v1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q12间的电阻变小，相当于开关“接通”．该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态．同理，图2电路中，因无信号(Ui为低电平)时，开关导通，故为低电平导通状态．3、组成逻辑门电路20212223242526外加电压条件VG=0：
如果在MOS栅极G上施加VG=0时，P型半导体从体内到表面处是电中性的（忽略氧化层中电荷及界面态电荷）。外加电压条件0<VG<VT：
如果在MOS栅极G上施加正电压VG，当VG较小时（0<VG<VT），P型半导体表面的多数载流子空穴被金属中正电荷的排斥，从而离开表面而留下电离的受主杂质离子，在半导体表面层中形成带负电的耗尽层。外加电压条件VG>VT
如果在MOS栅极G上施加足够大的正电压VG（VG>VT)，由此产生的半导体与绝缘体界面上的电势（称为表面势）很高，多数载流子空穴被排斥到衬底的底侧。此时若周围有电子（光生激发），
将被吸引到表面处，称此种状态为非稳态
（热非平衡状态）。可以形象地说：表面
处构成了对于电子的“陷阱”，称之为势
阱,VG越大，表面势越大，势阱越深。
这样信号电子将被吸入势阱形成了电荷包
存储起来，空穴则被排斥到半导体的底侧，
即使光照停止，一定时间内也不会损失，
光信息就这样被记录下来了。30313信号电荷的转移和传输333536373信号电荷的转移和传输394041CCD输出部分的任务：将CCD中信号电荷无破坏地收集和检测出来。
信号电荷的检测方式：电流输出方式和电压输出方式。
举例：浮置扩散放大器电压输出方式为例作一介绍。如图所示，为浮置扩散放大器输出结构简图，它主要由CCD末端的输出栅OG、输出二极管、以及集成在同一芯片上的复位场效应管T1、放大场效应管T2组成，C是A点的等效电容，由A处结电容、寄生电容,T2极间电容构成。当信号电荷形成的电荷包经CCD传输到输出端时，通过输出栅OG转移输出二极管的N型区域(又称为浮置扩散层)，放大场效应管T2的栅极信号电压由浮置扩散层收集到的信号电荷Q提供，其放大的输出信号电压随信号电荷变化(Vout=F(Q))。当信号电压读出后，复位管T1栅极上加上复位脉冲ФR，VRD是其漏极直流偏压,此时T1管导通，将信号电荷抽走，浮置扩散层复位，以便接受下一个电荷包的到来。45462.二维PSD器件