工程爆破所用的炸药均是由起爆器材引爆的，只有掌握了各类起爆器材的特性，在爆破设计时合理选择起爆器材，才能获得满意的爆破效果。（二）导火索导火索是用来起爆火雷管和黑火药的起爆材料。瞬发电雷管通电后，使得电雷管内的桥丝灼热，引起涂在桥丝上的引火药燃烧，火焰通过加强帽中心孔，引起正、副起爆药爆炸。（四）导爆索导爆索是用单质猛炸药黑索金或泰安炸药作为药芯，用棉麻、纤维及防潮材料包缠成索状的起爆及传爆材料。......
2023-11-07
常用光电元件及其特性解析
【摘要】：光敏电阻的光电特性呈非线性，这是光敏电阻的主要缺点之一。入射光波长与光敏器件相对灵敏度间的关系称为光谱特性。使用时，可根据被测光的波长范围，选择不同材料的光敏电阻。另外，由于硒光电池的光谱峰值位置在人眼的视觉范围内，所以很多分析仪器、测量仪器也常用到它，下面着重介绍硅光电池的基本特性。
1.光电管
以外光电效应原理制作的光电管由真空管、光电阴极K和光电阳极A组成，其符号和基本工作电路如图8-1所示。当一定频率的光照射到光电阴极时，阴极发射的电子在电场作用下被阳极所吸引，光电管电路中形成电流，称为光电流。不同材料的光电阴极对不同频率的入射光有不同的灵敏度，可以根据检测对象是红外光、可见光或紫外光而选择阴极材料不同的光电管。光电管的光电特性如图8-2所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。
图8-1 光电管符号及工作电路
图8-2 光电管的光电特性
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料的两端装上电极引线，将其封在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻。光敏电阻的基本特性和主要参数如下：
（1）暗电阻
光敏电阻置于室温、全暗条件下的稳定电阻值称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。
（2）亮电阻
光敏电阻置于室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。
（3）伏安特性
光敏电阻两端所加的电压和流过光敏电阻的电流之间的关系称为伏安特性，如图8-3所示。从图中可知，伏安特性近似直线，但使用时应限制光敏电阻两端的电压，以免超过虚线所示的功耗区。
（4）光电特性
当光敏电阻两极间电压固定不变时，光照度与亮电流之间的关系称为光电特性。光敏电阻的光电特性呈非线性，这是光敏电阻的主要缺点之一。
（5）光谱特性
当入射光的波长不同时，光敏电阻的灵敏度也不同。入射光波长与光敏器件相对灵敏度间的关系称为光谱特性。使用时，可根据被测光的波长范围，选择不同材料的光敏电阻。
（6）时延特性
图8-3 光敏电阻的伏安特性
光敏电阻受光照后，光电流需要经过一段时间（上升时间）才能达到其稳定值。同样，在停止光照后，光电流也需要经过一段时间（下降时间）才能恢复到其暗电流值，这就是光敏电阻的时延特性。光敏电阻的上升响应时间和下降响应时间为10－1～10－3s，即响应频率为10～1000Hz，可见光敏电阻不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个主要缺点。
（7）温度特性
光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电流增大，灵敏度下降，这也是光敏电阻的另一个缺点。
3.光敏晶体管
（1）概述
这里的光敏晶体管指的是光敏二极管和光敏三极管。它的工作原理也是基于内光电效应。光敏二极管的结构与一般二极管相似，它的PN结装在管子的顶部，可以直接受到光的照射，光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，如图8-4（b）所示。在图8-4（a）中给出光敏二极管的结构图及符号，图8-4（b）中给出光敏二极管的接线图，光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。
图8-4 光敏二极管
光敏三极管有PNP型和NPN型两种，其结构、等效电路、图形符号及应用电路如图8-5所示。光敏三极管工作原理由光敏二极管与普通三极管的工作原理组合而成。如图8-5（b）所示，光敏三极管在光照作用下，产生基极电流，即光电流，与普通三极管的放大作用相似，在集电极上则产生是光电流β倍的集电极电流，所以光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。
有时生产厂家还将光敏三极管与另一只普通三极管制作在同一个管壳里，连接成复合管型式，如图8-5（e）所示，称为达林顿型光敏三极管。它的灵敏度更大（β＝β1β2），但达林顿光敏三极管的漏电流（暗电流）较大，频响较差，温漂也较大。
（2）光敏晶体管的基本特性
①光谱特性。光敏晶体管硅管的峰值波长为0.9μm左右，锗管的峰值波长为1.5μm左右。由于锗管的暗电流比硅管大，因此，一般来说，锗管的性能较差，故在可见光或探测炽热状态物体时，都采用硅管。但对红外光进行探测时，锗管较为合适。
②伏安特性。如图8-6所示为锗光敏三极管的伏安特性曲线。光敏三极管在不同光照度Ee下的伏安特性，就像一般三极管在不同的基极电流时的输出特性一样，只要将入射光在发射极与基极之间的PN结附近所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看成一般的三极管。
图8-5 光敏三极管
图8-6 光敏三极管的伏安特性
③光电特性。光敏晶体管的输出电流Ie和光照度Ee之间的关系可近似地看作线性关系。
④温度特性。锗光敏晶体管的温度变化对输出电流的影响较小，主要由光照度所决定，而暗电流随温度变化很大。因此，应用时必须在线路上采取措施进行温度补偿。
⑤响应时间。硅和锗光敏二极管的响应时间分别为10－6s和10－4s左右，光敏三极管的响应时间比相应的二极管约慢一个数量级，因此，在要求快速响应或入射光调制频率较高时选用硅光敏二极管较合适。
4.光电池
光电池的工作原理是基于光生伏特效应。它的种类很多，有硅、硒、硫化铊、碲化镉等，其感光灵敏度随材料和工艺方法的不同而有差异，目前，应用最广泛的是硅光电池，它具有性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高等优点，但对光的响应速度还不够高。另外，由于硒光电池的光谱峰值位置在人眼的视觉范围内，所以很多分析仪器、测量仪器也常用到它，下面着重介绍硅光电池的基本特性。
（1）光谱特性
图8-7所示为硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线，即相对灵敏度Kr和入射光波长λ之间的关系曲线。从曲线上可看出，不同材料光电池的光谱峰值位置是不同的。例如，硅光电池可在0.45～1.1μm范围内使用，而硒光电池只能在0.34～0.57μm范围内使用。
（2）光电特性
图8-8所示为硅光电池的光电特性曲线，其中光生电动势U与光照度Ee间的特性曲线称为开路电压曲线；光电流强度Ie与Ee间的特性曲线称为短路电流曲线。
图8-7 光电池的光谱特性
图8-8 硅光电池的光电特性
从图中可以看出，短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，开路电压与光照度的关系是非线性的，且在照度2000lx下就趋于饱和了。因此，用光电池作为敏感元件时，应该把它当作电流源的形式使用，即利用短路电流与光照度成线性关系的特点，这也是光电池的主要优点之一。
（3）频率特性
硅光电池具有较高的频率特性响应，而硒光电池较差。因此，在高速计数器、有声电影以及其他方面多采用硅光电池。
（4）温度特性
光电池的温度特性是描述光电池的开路电压U、短路电流I随温度t变化的曲线。由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，因此，温度特性是光电池的重要特性之一。光电池的开路电压随温度增加而下降的速度较快，短路电流随温度上升而增加的速度却很缓慢，因此，将光电池作为敏感元件的自动检测系统在设计时，就应该考虑到温度的漂移，需采取相应措施进行补偿。
5.光控晶闸管
（1）概述
光控晶闸管是一种利用光信号控制的开关器件，它的伏安特性和普通晶闸管相似，只是用光触发代替了电触发。光触发与电触发相比，具有下述优点：
①主电路与控制电路通过光耦合，可以抑制噪波干扰。
②主电路与控制电路相互隔离，容易满足对高压绝缘的要求。
③使用光控晶闸管，不需要晶闸管门极触发脉冲变压器等器件，从而可使质量减轻、体积减小、可靠性提高。
由于光控晶闸管具有独特的光控特性，已作为自动控制元件而广泛用于光继电器，自控、隔离输入开关、光计数器、光报警器、光触发脉冲发生器、液位、料位、物位控制等方面，大功率光控晶闸管元件主要用于大电流脉冲装置和高压直流输电系统。
（2）光控晶闸管的结构
从内部结构看，光控晶闸管与普通晶闸管基本相同，通常，小功率光控晶闸管元件只有两个电极，即阳极（A）和阴极（K）。大功率光控晶闸管元件，除有阳极和阴极外，还带有光导纤维线（光缆），光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。一般地，小功率光控晶闸管是没有控制极的。如果将控制极引出，就可以做成一个光、电两用的晶闸管，当在控制极和阴极之间加上一定的触发正电压，也可使光控晶闸管导通；当所加正电压不够高时，虽然不能使光控晶闸管导通，但可以提高它的光触发灵敏度。
（3）光控晶闸管的特性与参数
①伏安特性。光控晶闸管的伏安特性曲线形状与普通晶闸管的相同。若使加有正向电压的光控晶闸管受不同强度光的照射，则光控晶闸管的转折电压将随着光照强度的增大而降低。
光控晶闸管的一般参数的意义与普通晶闸管相同。触发参数是光控晶闸管所特有的。
②触发光功率。加有正向电压的光控晶闸管，由阻断状态转变成导通状态所需的输入光功率称为触发光功率，其值一般为几毫瓦到十几毫瓦。
③光谱响应范围。光控晶闸管只对一定波长范围的光敏感，超出该波长范围，再强的光也不能使它导通。光控晶闸管元件的光谱响应范围在0.55～1.0μm，峰值波长约为0.85μm。用于触发光控晶闸管的光源，有Nd：YAG激光器、GaAs发光二极管和激光二极管。对小功率光控晶闸管元件，可根据具体情况选用合适波长的光源，如白炽灯、太阳光等。
（4）触发方式
光控晶闸管的光触发方式有两种，即直接式和间接式。
直接触发方式适合小功率光控晶闸管元件，也可以不用光缆传送光信号，让光源靠近光控晶闸管进行照射触发，或者把发光二极管与光控晶闸管组装在一起组成光电耦合开关。直接触发方式的优点是电路简单、噪声低、可靠性高。
间接触发方式利用光电转换电路把光信号变成电信号；然后用此电信号去触发晶闸管，或先用信号触发小电流的高压光控晶闸管元件，然后再用此小电流元件去触发普通快速高压大功率晶闸管元件。间接触发方式的优点是可靠性高，缺点是配合使用的电路复杂。
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