电力电子技术考前复习第二章

1、第七节 光电式检测元件第七节 光电式检测元件一、光电效应一、光电效应 光电效应光电效应是指光照射到物质上引起其电特性（电子发射、是指光照射到物质上引起其电特性（电子发射、电导率、电位、电流等）发生变化的现象。电导率、电位、电流等）发生变化的现象。 光电效应分为光电效应分为外光电效应外光电效应和和内光电效应。内光电效应。 第七节 光电式检测元件1、外光电效应、外光电效应 在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为称为外光电效应外光电效应 。光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：hE 为光的频率

2、。为普朗克常数,106261. 634-sJh第七节 光电式检测元件根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。光根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。光子把它的全部能量交给自由电子。要使一个电子从物体表子把它的全部能量交给自由电子。要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功A，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。超过部分的能量表现为逸出电子的动能。002maxmax21AhhhmvE该方程称为爱因斯坦光电效应方程该方程称为爱因斯坦光电效应方程第七节 光电式检测元件光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于

3、该物体的表面电子光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功逸出功A0.002maxmax21AhhhmvE光电子的最大动能与入射光的频率呈线性关系，与入射光的强度无光电子的最大动能与入射光的频率呈线性关系，与入射光的强度无光。光。由于不同材料具有不同的逸出功由于不同材料具有不同的逸出功A0。因此对于某种材料而言有一个因此对于某种材料而言有一个频率限频率限 ，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发出电子。反之，当入射光的频率高于此极限频率是，也不能激发出电子。反之，当入射光的频率高于此极限频率是，即使光线微弱也会即

4、使光线微弱也会 有光电子发射出来。此频率限称为有光电子发射出来。此频率限称为“红限频红限频率率”。0光电管即使没有阳极电压，由于光电子有初始动能，也会有光电流光电管即使没有阳极电压，由于光电子有初始动能，也会有光电流产生。产生。第七节 光电式检测元件在入射光的频谱成分不变时，产生的光电流正比于光强。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。基于外光电效应的光电器件属于光电发射型器件，有光电管、光电基于外光电效应的光电器件属于光电发射型器件，有光电管、光电倍增管等。倍增管等。电子吸收光子能量不需积累能量的时间，在光照射物质后，立刻有电子吸收光子能量不需积累能量的时间，在光照射物质

5、后，立刻有光电子发射，据测该时间不超过光电子发射，据测该时间不超过10-9s第七节 光电式检测元件2、内光电效应、内光电效应 在光的照射下，材料的电阻率发生变化或产生光生电动势的在光的照射下，材料的电阻率发生变化或产生光生电动势的现象称为现象称为内光电效应内光电效应 。这种效应可分为因光照引起半导体电阻值变化的这种效应可分为因光照引起半导体电阻值变化的光电导效应光电导效应和因光照产生光电动势的和因光照产生光电动势的光生伏特效应光生伏特效应两种两种基于光电导效应的光电器件有光敏电阻；基于光生伏特效应基于光电导效应的光电器件有光敏电阻；基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等等

6、。的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等等。第七节 光电式检测元件光电器件的基本特性4、光照特性、光照特性5、光谱特性、光谱特性6、频率特性、频率特性7、温度特性、温度特性1、光谱灵敏度、光谱灵敏度2、相对光谱灵敏度、相对光谱灵敏度3、积分灵敏度、积分灵敏度第七节 光电式检测元件3、光敏元件及特性、光敏元件及特性光敏电阻，其工作原理是基于光电导基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。效应，其阻值随光照增强而减小。优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，重量轻，机械强度高、寿命长，价格便宜等，应用广泛；不足：需要外部电源，有电流时会发热。第七节 光电式检测元件光敏电阻的结构：管芯是一块安装

7、在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电半导体，一般做成薄层。为了获得高的灵敏度，电极一般采用梳妆结构。第七节 光电式检测元件光敏电阻的主要参数：暗电阻和暗电流：暗电阻和暗电流：光敏电阻在无光照时测量的电阻值称为暗电阻，此时在给定工作电压下流过的电流称为暗电流。亮电阻和亮电流：亮电阻和亮电流：光敏电阻在受光照时的电阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。光电流：光电流：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小、光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。第七节 光电式检测元件光敏电阻的基本特性：光照特性、伏安特性、光谱特性、温度特性等。光照特性：光照特

8、性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同光敏电阻光照特性不同。但通常光照特性曲线均呈非线性，因此不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。第七节 光电式检测元件伏安特性：伏安特性：在一定光照强度下，光敏电阻两端的电压和电流之间的关系。光电流随外加电压而线性增加，如图所示。注意：电压不能无限的增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。第七节 光电式检测元件光谱特性：光谱特性：指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度；光谱特性与光敏电阻的材料有关灵敏度；光谱特性与光敏电阻的材料有

9、关。硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硫化铊的峰值在可见光区域。在选用光敏电阻式，应把光敏电阻的材料和光源结合起来考虑，才能获得满意的效果。第七节 光电式检测元件第七节 光电式检测元件温度特性：温度特性：光敏电阻的性能（灵敏度、暗电阻）受温光敏电阻的性能（灵敏度、暗电阻）受温度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动下降，光谱特性曲线的峰值向波长短的方向移动为了提高灵敏度或为了能够接收较长波段的辐射，将元件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻温度降低。第七节 光

10、电式检测元件n光电池及特性n光电池的工作原理和结构光电池的工作原理和结构 光电池是一种直接将光能转换为电能的光敏元件 硅光电池结构图第七节 光电式检测元件n光电池的基本特性光电池的基本特性 光照特性 、光谱特性 、频率特性 、温度特性 硅电池的光照特性 光电池的光谱特性 第七节 光电式检测元件 光电池的频率特性 1硒光电池；2. 硅光电池； 光电池的温度特性 第七节 光电式检测元件n光敏晶体管n光敏二极管光敏二极管 光电二极管的反向饱和电流随入射光照度的变化而成比例的变化 ，具有极好的线性 n光电三极管光电三极管 它有两个PN结，由入射光在发射极与基极之间的PN结附近产生的光电流 第七节 光电式检测元件n光电管n真空光电管真空光电管 有一个阴极和一个阳极构成，共同封装在一个真空玻璃泡内，管内形成电场，当光照射到阴极时，电子便从阴极逸出，在电场作用下，被阳极收集，形