了得網研究生_光電器件基礎與應用

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光電器件基礎與應用
該商品所屬分類：研究生 -> 工學
【市場價】	441-640元
【優惠價】	276-400元
【作者】	彭軍
【所屬類別】	圖書教材研究生/本科/專科教材工學
【出版社】	科學出版社
【ISBN】	9787030245083
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：16開

紙張：膠版紙

包裝：平裝

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787030245083

叢書名：實用電子技術叢書

作者：彭軍

出版社：科學出版社

出版時間：2009年06月

編輯推薦

半導體器件：光電器件

內容簡介

《光電器件基礎及應用》介紹半導體光電器件的基本知識及**應用。內容分為兩大部分，**部分介紹各種半導體發光、受光器件的基本知識，以及在傳感技術、測量技術中的應用；第二部分主要介紹以OPIC為代表的、發光器件與受光器件的組合應用，例如光藕合器、光斷續器、固體繼電器、IrDA器等。

目錄
第1章可見光發光二極管 1
1.1 可見光發光二極管的工作原理 2
1.2 可見光發光二極管使用的半導體材料及結構 3
1.3 可見光發光二極管的特性 5
1.3.1 ****額定值 5
1.3.2 電流-電壓特性 6
1.3.3 環境溫度與容許工作電流 6
1.3.4 發光強度-正向電流特性 7
1.3.5 發光強度-環境溫度特性 8
1.3.6 發光譜 8
1.3.7 方向性 9
1.3.8 響應特性 9
1.4 可見光發光二極管的基本使用方法 9
1.4.1 如何使可見光發光二極管發光 9
1.4.2 基本驅動電路 10
1.4.3 調光方法 10
1.5 可見光發光二極管的應用例 12
1.5.1 LED在便攜式電話中的應用 12
1.5.2 在娛樂設備上的應用 16
1.5.3 在車載設備中的應用 17
1.5.4 在交通信號機中的應用 17
1.5.5 LED用作自動識別裝置的光源 18
1.5.6 在照明設備方面的應用 18
1.5.7 在復印機/打印機上的應用 20
1.5.8 在投影機光源中的應用 22
1.5.9 數字顯示 23
1.5.10 點矩陣 24
1.5.11 LED顯示板 27
第2章紅外發光二極管 29
2.1 紅外發光二極管的工作原理與結構 29
2.2 紅外發光二極管的特性 30
2.2.1 電流-電壓特性 30
2.2.2 功耗 31
2.2.3 輻射束-電流特性 31
2.2.4 電流的**額定值與脈衝驅動 32
2.2.5 發光譜 32
2.2.6 方向性 33
2.3 紅外發光二極管的基本使用方法 34
2.3.1 驅動點 34
2.3.2 基本驅動電路 34
2.4 紅外發光二極管的應用例 35
2.4.1 串聯、並聯驅動多個發光二極管 35
2.4.2 使用晶體管的恆流驅動電路 36
2.4.3 由邏輯IC驅動 38
2.4.4 正弦波調制電路 39
2.4.5 脈衝調制電路 41
2.4.6 與光敏三極管組合的應用例 45
第3章半導體激光器 47
3.1 半導體激光器的工作原理 47
3.1.1 自發輻射與受激輻射 47
3.1.2 直接躍遷與間接躍遷 48
3.1.3 產生激光的基本條件 49
3.2 半導體激光器的結構 50
3.2.1 分布反轉 50
3.2.2 雙異質結構激光器 51
3.2.3 雙異質結構激光器的實用化 52
3.2.4 量子阱半導體激光器 52
3.2.5 F-P腔半導體激光器的基本結構 53
3.3 半導體激光器的特性 55
3.3.1 正向電壓-正向電流特性 55
3.3.2 正向電流-光功率特性 55
3.3.3 振蕩波長 56
3.3.4 輻射特性 56
3.3.5 散光 56
3.3.6 噪聲特性 56
3.3.7 COD 57
3.3.8 光功率的時間特性 58
3.4 半導體激光器的基本使用方法 58
3.5 單體激光器與全息照相激光器 59
3.6 全息照相激光器的工作原理 63
3.7 半導體激光器光功率的測定方法 65
3.7.1 利用光敏二極管的簡易測定方法 65
3.7.2 脈衝驅動場合測定光功率的方法 65
3.8 半導體激光器的使用方法 66
3.8.1 電學方面的注意事項 66
3.8.2 光學方面的注意事項 68
3.8.3 作業中的注意事項 69
3.9 半導體激光器的應用例 69
3.9.1 APC驅動電路 70
3.9.2 在光盤讀寫中的應用 72
3.9.3 在激光打印機上的應用例 76
3.9.4 其他應用例 77
第4章受光器件 79
4.1 受光器件的工作原理 79
4.1.1 光敏二極管 79
4.1.2 光敏三極管 82
4.1.3 OPIC 83
4.2 受光器件的結構 84
4.2.1 光敏二極管 84
4.2.2 光敏三極管 85
4.2.3 OPIC 85
4.3 受光器件的特性 87
4.3.1 分光靈敏度特性與方向性 87
4.3.2 光敏二極管的電學特性 92
4.3.3 光敏三極管 93
4.3.4 OPIC 95
4.4 受光器件的基本使用方法 97
4.4.1 光敏二極管 97
4.4.2 光敏三極管 98
4.4.3 OPIC 99
4.5 受光器件的應用例 100
4.5.1 光敏二極管 100
4.5.2 光敏三極管 104
4.5.3 OPIC 106
第5章紅外傳感器 117
5.1 熱釋電型紅外傳感器 117
5.1.1 熱釋電型紅外傳感器的工作原理 118
5.1.2 熱釋電型紅外傳感器的結構特點 120
5.1.3 熱釋電型紅外傳感電路的特點 122
5.2 熱電堆紅外傳感器 124
5.2.1 熱電堆的原理 124
5.2.2 熱電堆非接觸式溫度計電路 125
5.2.3 4次方根運算電路的制作方法 127
第6章光敏器件的應用 131
6.1 基本應用電路 131
6.1.1 光敏二極管的基本應用是照度測量 131
6.1.2 分光靈敏度與比視覺靈敏度 131
6.1.3 簡單的照度計電路及使用器件 132
6.1.4 用光敏傳感器制作便攜式照度計 135
6.2 轉換電路與保護電路 137
6.2.1 使用電阻器的電流-電壓變換電路 137
6.2.2 使用運算放大器的電流-電壓變換電路 139
6.2.3 電流-電壓變換電路的保護電路 141
6.2.4 低噪聲的電荷-電壓變換電路 143
6.3 偏置電壓電路 145
6.3.1 偏置電壓電路的制作方法 145
6.3.2 偏置電壓的穩壓電路 145
6.4 微弱信號的電路技巧 148
6.4.1 利用屏蔽技術或者特氟隆絕緣端子 148
6.4.2 使用低噪聲電纜 148
6.5 跨阻抗電路 150
6.5.1 信噪比與高頻響應 150
6.5.2 跨阻抗電路 151
6.5.3 跨阻抗電路專用集成電路 153
6.5.4 跨阻抗電路的噪聲 154
第7章應用光電器件的光傳 159
7.1 測距傳感器 159
7.1.1 測距傳感器的工作原理 159
7.1.2 內部電路構成 160
7.1.3 測距傳感器的形狀與特性 161
7.1.4 測距傳感器的基本使用方法 162
7.1.5 測距傳感器使用上的注意事項 162
7.1.6 應用測距傳感器的寬角度傳感器 164
7.2 微塵傳感器 166
7.2.1 微塵傳感器的工作及識別原理 166
7.2.2 微塵傳感器的形狀與特性 168
7.2.3 微塵傳感器的基本使用方法 169
7.2.4 使用微塵傳感器時的注意事項 169
7.3 色粉濃度傳感器 171
7.3.1 色粉濃度傳感器的工作原理 171
7.3.2 色粉濃度傳感器的形狀和特性 173
7.3.3 色粉濃度傳感器的基本使用方法 173
7.3.4 使用色粉濃度傳感器時的注意事項 175
第8章光斷續器 177
8.1 光斷續器的工作原理 177
8.2 光斷續器的結構與特性 178
8.2.1 光斷續器的結構 178
8.2.2 光斷續器的特性 180
8.3 光斷續器的基本使用方法 183
8.3.1 使用光斷續器時的注意事項 183
8.3.2 使用透射型光斷續器的電路例 185
8.3.3 使用反射型光斷續器的電路例 192
8.4 光斷續器的應用 194
8.4.1 應用電路 194
8.4.2 OPIC 202
第9章光耦合器 215
9.1 光耦合器的工作原理 215
9.2 光耦合器的結構與特性 216
9.2.1 光耦合器的結構 216
9.2.2 光耦合器的特性 218
9.3 光耦合器的基本使用方法 220
9.4 光耦合器的應用例 221
9.4.1 光耦合器的種類 221
9.4.2 光耦合器的應用電路例 225
9.4.3 作為高速光耦合器使用的發射極接地型的電路結構 227
9.4.4 與CMOS的接口 227
9.4.5 電壓監視電路 228
9.4.6 帶有監視器的蓄電池充電電路 228
9.4.7 電話機來電檢測電路與回線連接電路 229
9.4.8 AC電源線監視電路 229
9.4.9 開關調節器中的電壓檢測電路 230
9.4.10 變頻器電路 230
9.4.11 在SSR中的應用 231
9.4.12 在附有零交叉功能的SSR中的應用 235
第10章固態繼電器 237
10.1 SSR的工作原理 237
10.1.1 零交叉型和非零交叉型SSR的不同之處 238
10.1.2 SSR的轉向關斷 239
10.1.3 相位控制 239
10.2 SSR的結構與特性 240
10.2.1 SSR的結構 240
10.2.2 SSR的特性 240
10.3 SSR的基本使用方法 244
10.3.1 輸入電路 244
10.3.2 選定限流電阻R1(例) 245
10.3.3 輸出電路 245
10.3.4 緩衝電路 246
10.3.5 發熱的問題 247
10.3.6 開路時的漏電流 248
10.3.7 噪聲誤動作的問題 248
10.3.8 湧入電流 248
10.3.9 過電流 248
10.3.10 轉換特性 248
10.3.11 di/dt 249
10.3.12 閉鎖電流 249
10.4 固態繼電器的應用例 249
10.4.1 開關驅動SSR的例子 249
10.4.2 晶體管、IC驅動的例子 250
10.4.3 交流驅動例(電橋整流型) 253
10.4.4 白熾燈泡的ON/OFF控制電路 253
10.4.5 燃氣點火裝置 253
10.4.6 基於計時器的SSR控制 254
10.4.7 雙向馬達的正/逆轉電路 254
10.4.8 保持輸入型開關與SSR 255
10.4.9 空調的風葉控制 256
10.4.10 洗衣機的電磁閥控制 256
10.4.11 冰箱的溫度調節用加熱器控制 257
第11章 IR通信用器件 259
11.1 IrDA的工作原理 260
11.1.1 發信端 260
11.1.2 接收端 260
11.1.3 IrDA器件內部電路的工作 260
11.2 IrDA的結構及基本使用方法 262
11.2.1 IrDA的結構 262
11.2.2 IrDA的基本使用方法 262
11.3 IrDA數據用光空間

在線試讀

第1章可見光發光二極管
20世紀60年代後期，首先實用化的紅光可見光發光二極管(可見光LED)由於長壽命、低功耗、體積小、驅動電壓低等特點，開始取代小型燈泡並且迅速得到廣泛應用。由於上述特點，使發光二極管容易利用晶體管或者IC直接驅動，因而在各種電子設備發展的同時，作為LED指示燈、數字顯示等以顯示為目的的人機接觸器件，已經是不可缺少的了。
大約經過了30年，開發出了藍色LED，使得利用固態半導體實現R色全彩色顯示，在整個可見光範圍表現各種光成為可能，這也促進固態光源的進一步開發研究。使用藍光和熒光體的白色LED已經實用化。這個技術的產生不僅對半導體產業界，對處理熒光體的化學藥品業界也是很強的刺激。現在已經擴展到全彩色電光顯示板、手機照相用的閃光燈光源、彩色液晶的背光等要求具有良好重復性的領域。對於普通照明LED的高輝度化、高效化的開發研究也在進行中。人們可以期待今後將會開發出各種用途的新型的發光器件取代以往的光源。
紅外光LED在遙控器等應用方面有很長的歷史。近年來，由於紫外光域LED的開發，使得LED的應用從單純的認識光源迅速地向功能器件擴展。在許多方面呈現出應用潛力：
(1)紫外LED與氧化鈦催化劑結合的連續脫臭裝置。
(2)使用任意波長的LED光源抑制或促進植物的生長。
(3)使用任意波長的LED的光源促進魚介類生長或選擇性捕魚。
(4)抑制昆蟲飛散的可見光照明。
(5)控制R、G、B的LED發光的演出照明裝置。
(6)利用分別驅動R、G、B的顏色變化的模糊指示器。
(7)液晶光閘與R、G、B分別驅動的LED背光組合構成的全色顯示TV。
(8)醫療用照明光源(UV+熒光體)內視鏡、腹腔鏡、光治療器、手術用照明光源等。
(9)使用紫外LED的冷藏庫內制冰機防霉裝置。
這些用途巧妙地利用了與自然界的光和色不同的波長分布特性的LED 的特點。
1.1 可見光發光二極管的工作原理
發光二極管(LED：LightEmittingDiode)是一種PN 結半導體器件，通過電流從p型一側流向n型一側，產生高效率的發光。
發光波長(顏色)由半導體的材料、結構，以及摻入的雜質等因素決定，一般來說發光的輸出與流過pn結的電流成比例。如圖1.1所示，當pn結加正向電壓，即陽極(p型區一側)加正電壓，陰極(n型區一側)加負電壓時，p型區的空穴會穿過pn結向n型區移動，而n型區的自由電子會穿過pn結向p型區移動。在這個過程中，自由電子與空穴的一部分會因復合而消失，自由電子和空穴所具有的能量將以光的形式自然放出。這種光的波長大體上由pn結處的禁帶寬度來決定。禁帶寬度越大波長越短，禁帶寬度越小波長越長。就是說發光的波長，即“色”取決於材料的性質。而p區與n區發光的比例則由發光二極管的材料、結構以及摻入的雜質等因素決定。
發光二極管與電燈之類相比，具有以下優點：
(1)能夠連續發光5萬小時以上。
(2)消耗功率低。
(3)發熱量微小。
(4)發光範圍可以從紅外到紫外。
近年來，隨著藍光LED的實用化，所謂色[紅(R)、綠(G)、藍(B)]業已齊全，因而發光二極管的用途已經急速地擴展到全彩色顯示、交通信號等領域。而且正在取代傳統的白熾燈向照明領域擴展。照片1.1示出了實際的發光二極管照明燈，圖1.2示出它的結構。
圖1.1 發光二極管的發光原理
照片1.1 紅色發光二極管
圖1.2 發光二極管的結構
1.2 可見光發光二極管使用的半導體材料及結構
實用上*重要的半導體發光器件的材料主要是位素周期表的Ⅲ族素的化合物。下面介紹主要的化合物半導體。
(1)GaAs：GaAs是Ⅲ-Ⅴ族化合物中研究*多、*深入的半導體材料。而且也是能夠得到的結晶性能*良好的單晶材料。它用作紅外線發光器件材料。
(2)GaP：GaP是間接帶隙型半導體，不過它能夠以低電流/高效率發光，而且是一種能夠發出從紅色到黃綠色光的材料。
(3)GaAsP：GaAs1-xPx(x是混晶比，表示材料中As與P的比例，兩者之和為1)是GaAs與GaP的混晶體。用氣相外延法可以比較容易地批量生產出質量優良的單晶體。發光顏色有黃色、橙色。
(4)AlGaAs：是一種能夠發出高輝度紅光的材料。是GaAs與AlAs的混晶體，也能夠作為半導體激光器材料使用。
(5)AlGaInP：近年來，由於氣相生長技術的成熟提高了發光強度，因而這種材料的使用量迅速增加。通過改變Al與Ga的混晶比，可以發出從紅色到綠色的光。
(6)InGaN：由於InGaN 也能得到高的發光強度，因而近年來的使用量迅速增加。通過改變In與Ga的混晶比，可以發出從黃色到紫外的光。
表1.1列出使用各種材料制作的典型的發光二極管的光學、電學特性。圖1.3示出AlGaInP繫LED的結構示意圖。圖1.3(a)是普通結構;圖1.3(b)是在電極下方設置有電流阻擋層，目的是阻擋無效電流流過;圖1.3(c)是限制發光部分、增加電流密度，以獲得高輝度的結構。圖1.3(b)、(c)所示結構的制造過程是在中斷外延結晶生長後，從反應器中取出襯底，經加工後再次將襯底放入反應器中進行外延生長獲得的。
1.2 可見光發光二極管使用的半導體材料及結構
表1.1 發光材料與發光顏色
圖1.4是能夠得到藍色、綠色的高輝度發光的InGaN 繫LED的結構示意圖。圖1.4(a)是使用藍寶石襯底的結構，圖1.4(b)是使用SiC襯底的結構。為了提高光的取出效率，也有提出在各自的襯底中，將發光層與襯底倒置的結構方案。由於藍寶石襯底和SiC襯底與InGaN/GaN 的晶格不匹配，所以為了生長出發光特性優良的高質量的結晶材料，還需要進一步采用緩衝層等的結晶生長方法。
圖1.3 AlGaInP繫高輝度LED的結構示意圖
圖1.4 InGaN繫高輝度LED的結構示意圖
1.3 可見光發光二極管的特性
1.3.1 ****額定值
****額定值一般來說有如下各項規定：
(1)容許損耗：附有與環境溫度相關的降低曲線。
(2)正向電流：附有與環境溫度相關的降低曲線。
(3)正向峰值電流：規定有脈衝寬度、占空比，另外，還規定有以占空比為參數的相關曲線。
(4)反向電壓。
(5)工作溫度。
1.3 可見光發光二極管的特性
(6)保存溫度。
(7)焊接溫度。
所謂****額定值意味著在規定條件下(主要是環境溫度)，無論什麼場合都不能超過的額定值。在使用時必須注意這一點。這也是所有半導體器件共通的概念。注意到這一點，隻要在額定值範圍以內使用，就不會損壞器件。為了充分發揮半導體器件的長壽命和高可靠性，合理的使用值應該是在低於額定值的一定範圍。特別是對於(1)~(4)項，使用值通常都是不到額定值的60%。
1.3.2 電流-電壓特性
在正方向上呈現出普通的二極管特性。就是說，即使電壓加至上升點，也幾乎沒有電流流過;而當電壓超過上升點時，則呈現出歐姆性的導通特性。
不同結晶材料的上升點各不相同，對於GaAs約為1.0V，GaAsP和GaAlAs大約是1.5V(實際上，由於是混晶體，所以多少有些差異)，GaP(紅色)是1.8V，而GaP約為2.0V，InGaN(藍色、綠色)則超過3.0V。
當電流開始流動時，由於存在內部電阻而產生電壓降。這個值在推薦的工作電流範圍內，大約是0.3~0.5V。
在反向情況下與普通的二極管也沒有什麼不同。反向擊穿電壓大約在十幾伏至幾十伏的範圍。不過由於與使用條件有關，所以通常隻規定了3~4V 的反向電壓下的漏電流。
圖1.5 示出一例發光二極管的電壓-電流特性。
圖1.5 發光二極管的電壓-電流特性
1.3.3 環境溫度與容許工作電流
當正向電流流過二極管的pn結時，由於損耗，結區會發熱。如果LED芯片的周圍覆蓋有樹脂，那麼這些熱量將沿LED 芯片→黏合劑→引線的路徑散發出去。但是在各個部分以及接觸部分會妨礙這些熱量的散發，就是說具有熱阻。熱阻由

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