5光电效应和光电器件ppt课件

1、下一页返 回5.1.1 光电管光电管5.1.2 光电倍增管光电倍增管5.1.3 光敏电阻光敏电阻5.1.4 光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管5.1.5 光电池光电池5.1.6 光电式传感器的运用光电式传感器的运用上一页下一页返 回当阴极遭到适当波长的光线照射时便发射电子，当阴极遭到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。子流，在外电路中便产生了电流。上一页下一页返 回真空光电管的伏安特性真空光电管的伏安特性 充气光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管充气光电管: 构

2、造和真空光电管根本一样，优点是灵敏度高构造和真空光电管根本一样，优点是灵敏度高.所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差 上一页下一页返 回 在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增管：放大光电流光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极组成：光电阴极+假设干倍增极假设干倍增极+阳极阳极 上一页下一页返 回l光电阴极光电倍增极阳极光电阴极光电倍增极阳极l倍增极上涂有倍增极上涂有Sb-Cs

3、或或Ag-Mg等光敏资料，等光敏资料，并且电位逐级升高并且电位逐级升高 l阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射引起二次电子发射 l二次电子发射系数二次电子发射系数 =二次发射电子数入二次发射电子数入射电子数射电子数l假设倍增极有假设倍增极有n，那么倍增率为，那么倍增率为n上一页下一页返 回1. 光敏电阻的任务原理及构造光敏电阻的任务原理及构造2光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数3光敏电阻的根本特性光敏电阻的根本特性上一页下一页返 回当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中电流很小很大，电路中电流很小 当有光照

4、时，光敏电阻值当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减少，电流迅速添加急剧减少，电流迅速添加上一页下一页返 回1.玻璃玻璃 2.光电导层光电导层 3.电极电极 4.绝缘衬底绝缘衬底 5.金属壳金属壳 6.黑色绝缘玻璃黑色绝缘玻璃 7.引线引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。上一页下一页返 回半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的外表薄层。半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的外表薄层。光敏电阻的电极普通采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。光敏电阻的电极普通采用梳

5、状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱呼应从紫外区不断到红外区。灵敏度高，光谱特性好，光谱呼应从紫外区不断到红外区。而且体积小、分量轻、性能稳定而且体积小、分量轻、性能稳定 梳状电极梳状电极 上一页下一页返 回1暗电阻和暗电流暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间丈量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电间丈量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。流，称为暗电流。 2亮电阻亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。的亮电阻，此时流

6、过的电流称为亮电流。 3光电流光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。亮电流与暗电流之差，称为光电流。上一页下一页返 回1伏安特性伏安特性 2光照特性光照特性3光谱特性光谱特性4呼应时间和频率特性呼应时间和频率特性5温度特性温度特性上一页下一页返 回 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和景象。在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和景象。光敏电阻的最高任务电压是由耗散

7、功率决议的，光敏电阻的最高任务电压是由耗散功率决议的，耗散功率又和面积以及散热条件等要素有关。耗散功率又和面积以及散热条件等要素有关。上一页下一页返 回l光敏电阻的光电流与光强之间的关系光敏电阻的光电流与光强之间的关系 由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为丈量元件，由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为丈量元件，普通在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。普通在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。 上一页下一页返 回l光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回l光电导的弛豫景象：光电流的变化对于光电导的弛豫景象：

8、光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。光的变化，在时间上有一个滞后。l通常用呼应时间通常用呼应时间t表示。表示。 上一页下一页返 回l不同资料的光敏电阻具有不同的呼应时间，不同资料的光敏电阻具有不同的呼应时间，所以它们的频率特性也就不尽一样。所以它们的频率特性也就不尽一样。 上一页下一页返 回l光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。它的暗电阻和灵敏度都下降。 硫化镉光敏电阻的温度特性硫化镉光敏电阻的温度特性 121212%100)(CRTTRR温度系数温度系数: 在一定光照下，温度每变化在一定光照下，温度每变化1，光敏

9、电阻阻值的平均变化率光敏电阻阻值的平均变化率 上一页下一页返 回l随着温度升高，光谱呼应峰值向短波方向挪动。因此，随着温度升高，光谱呼应峰值向短波方向挪动。因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的呼应。采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的呼应。硫化铅光敏电阻的光谱温度特性硫化铅光敏电阻的光谱温度特性 上一页下一页返 回l1 任务原理任务原理l2 根本特性根本特性上一页下一页返 回l构造与普通二极管类似，装在透明玻璃外壳中构造与普通二极管类似，装在透明玻璃外壳中l在电路中普通是处于反向任务形状的在电路中普通是处于反向任务形状的 光敏二极管光敏二极管上一页下一页返 回l与普通晶体管很类似

10、，具有两个与普通晶体管很类似，具有两个pn结。把光信结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。 上一页下一页返 回1光谱特性光谱特性 2伏安特性伏安特性3光照特性光照特性4温度特性温度特性5频率呼应频率呼应上一页下一页返 回l入射光的波长添加时，相对灵敏度要下降入射光的波长添加时，相对灵敏度要下降 硅和锗光敏二极晶体管的光谱特性硅和锗光敏二极晶体管的光谱特性 可见光或探测赤热形状物体时，普通都用硅管。可见光或探测赤热形状物体时，普通都用硅管。在红外光进展探测时，那么锗管较为适宜。在红外光进展探测时，那么锗管较为适宜。 上一页下一页返 回上一页

11、下一页返 回硅光敏管的伏安特性硅光敏管的伏安特性 硅光敏管的光照特性硅光敏管的光照特性 光敏二极管的光照特性曲线的线性较好光敏二极管的光照特性曲线的线性较好 上一页下一页返 回l其暗电流及光电流与温度的关系其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。上一页下一页返 回l具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流光电流(或负载上的电压或负载上的电压)随频率的变化关系随频率的变化关系 硅光敏晶体管的频率呼应硅光敏晶体管的频率呼应 上一页下一页返 回l有光线作用下本质上就是电源，电

12、路中有光线作用下本质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需求外加电源。有了这种器件就不再需求外加电源。 l 1. 任务原理任务原理l2根本特性根本特性上一页下一页返 回l直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的面积的pn结。当光照射到结。当光照射到pn结上时，便在结上时，便在pn结的两端产生电动势结的两端产生电动势(p区为正，区为正，n区为负区为负) 。l用导线将用导线将pn结两端用导线衔接起来，就有电流结两端用导线衔接起来，就有电流流过，电流的方向由流过，电流的方向由P区流经外电路至区流经外电路至n区。区。假设将电路断开，就可以测出光生电动势。假

13、设将电路断开，就可以测出光生电动势。上一页下一页返 回(1) 光谱特性光谱特性(2) 光照特性光照特性(3) 频率呼应频率呼应 (4) 温度特性温度特性 (5) 稳定性稳定性上一页下一页返 回l光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的 上一页下一页返 回l不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。 短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的短路电流与光照度成线性关系；开路电压与光照度是非线性的光电池作为丈量元件运用时，应把它当作电流源的方式来运用光电池作为丈量元件运用时，应把它当作电流源的方式来运用 上一页下

14、一页返 回l外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情况下的电流值。的电流值。 负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽 上一页下一页返 回l指输出电流随调制光频率变化的关系指输出电流随调制光频率变化的关系 硅光电池具有较高的频率呼应硅光电池具有较高的频率呼应 ,用于高速计数的光电转换用于高速计数的光电转换 上一页下一页返 回l开路电压和短路电流随温度变化的关系。开路电压和短路电流随温度变化的关系。l关系到运用光电池的仪器的温度漂移，影响到关系到运用光电池的仪器的温度漂移，影响到丈量精

15、度或控制精度等重要目的丈量精度或控制精度等重要目的 硅光电池的温度特性硅光电池的温度特性(照度照度1000lx)上一页下一页返 回l当光电池密封良好、电极引线可靠、运当光电池密封良好、电极引线可靠、运用合理时，光电池的性能是相当稳定的用合理时，光电池的性能是相当稳定的 l硅光电池的性能比硒光电池更稳定硅光电池的性能比硒光电池更稳定 l影响性能和寿命要素：影响性能和寿命要素：l光电池的资料及制造工艺光电池的资料及制造工艺l运用环境条件运用环境条件 上一页下一页返 回l模拟式传感器模拟式传感器l脉冲式传感器脉冲式传感器上一页下一页返 回l基于光电器件的光电流随光通量而发生基于光电器件的光电流随光通

16、量而发生变化，是光通量的函数变化，是光通量的函数 。l对于光通量的恣意一个选定值，对应对于光通量的恣意一个选定值，对应的光电流就有一个确定的值，而光通量的光电流就有一个确定的值，而光通量又随被测非电量的变化而变化，这样光又随被测非电量的变化而变化，这样光电流就成为被测非电量的函数。电流就成为被测非电量的函数。上一页下一页返 回1物镜；物镜；2平面玻璃；平面玻璃；3光阑；光阑；4光导棒；光导棒；5分光镜；分光镜；6滤光片；滤光片；7硅光电池；硅光电池；8滤光片；滤光片；9硅光电池；硅光电池；10瞄准反射镜；瞄准反射镜；11圆柱反射镜；圆柱反射镜；12目镜；目镜；13多夫棱镜多夫棱镜14、15硅光电池负载电阻；硅光电池负载电阻；16可逆电机；可逆电机；17电子电位差计电子电位差计上一页下一页返 回光电器件的输出仅有两个稳定形状，也光电器件的输出仅有两个稳定形状，也就是就是“通与通