電力電子技術(shù)考前復(fù)習(xí)第二章

1、第七節(jié) 光電式檢測元件第七節(jié) 光電式檢測元件一、光電效應(yīng)一、光電效應(yīng) 光電效應(yīng)光電效應(yīng)是指光照射到物質(zhì)上引起其電特性（電子發(fā)射、是指光照射到物質(zhì)上引起其電特性（電子發(fā)射、電導(dǎo)率、電位、電流等）發(fā)生變化的現(xiàn)象。電導(dǎo)率、電位、電流等）發(fā)生變化的現(xiàn)象。 光電效應(yīng)分為光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)和和內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)。 第七節(jié) 光電式檢測元件1、外光電效應(yīng)、外光電效應(yīng) 在光的照射下，電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象在光的照射下，電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為稱為外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 。光子是具有能量的粒子，每個光子的能量：光子是具有能量的粒子，每個光子的能量：hE 為光的頻率

2、。為普朗克常數(shù),106261. 634-sJh第七節(jié) 光電式檢測元件根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：一個電子只能接受一個光子的能量。光根據(jù)愛因斯坦假設(shè)：一個電子只能接受一個光子的能量。光子把它的全部能量交給自由電子。要使一個電子從物體表子把它的全部能量交給自由電子。要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功A，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。002maxmax21AhhhmvE該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程第七節(jié) 光電式檢測元件光電子能否產(chǎn)生，取決于光電子的能量是否大于

3、該物體的表面電子光電子能否產(chǎn)生，取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功逸出功A0.002maxmax21AhhhmvE光電子的最大動能與入射光的頻率呈線性關(guān)系，與入射光的強(qiáng)度無光電子的最大動能與入射光的頻率呈線性關(guān)系，與入射光的強(qiáng)度無光。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。因此對于某種材料而言有一個因此對于某種材料而言有一個頻率限頻率限 ，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強(qiáng)多大，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強(qiáng)多大，也不能激發(fā)出電子。反之，當(dāng)入射光的頻率高于此極限頻率是，也不能激發(fā)出電子。反之，當(dāng)入射光的頻率高于此極限頻率是，即使光線微弱也會即

4、使光線微弱也會 有光電子發(fā)射出來。此頻率限稱為有光電子發(fā)射出來。此頻率限稱為“紅限頻紅限頻率率”。0光電管即使沒有陽極電壓，由于光電子有初始動能，也會有光電流光電管即使沒有陽極電壓，由于光電子有初始動能，也會有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生。第七節(jié) 光電式檢測元件在入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流正比于光強(qiáng)。即光強(qiáng)愈大，意味著入射光子數(shù)目越多，逸出的電子數(shù)也就越多?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件屬于光電發(fā)射型器件，有光電管、光電基于外光電效應(yīng)的光電器件屬于光電發(fā)射型器件，有光電管、光電倍增管等。倍增管等。電子吸收光子能量不需積累能量的時間，在光照射物質(zhì)后，立刻有電子吸收光子能量不需積累能量的時間，在光照射物質(zhì)

5、后，立刻有光電子發(fā)射，據(jù)測該時間不超過光電子發(fā)射，據(jù)測該時間不超過10-9s第七節(jié) 光電式檢測元件2、內(nèi)光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng) 在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng) 。這種效應(yīng)可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻值變化的這種效應(yīng)可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻值變化的光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生光電動勢的和因光照產(chǎn)生光電動勢的光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)兩種兩種基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻；基于光生伏特效應(yīng)基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻；基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、光敏三極管等等

6、。的光電器件有光電池、光敏二極管、光敏三極管等等。第七節(jié) 光電式檢測元件光電器件的基本特性4、光照特性、光照特性5、光譜特性、光譜特性6、頻率特性、頻率特性7、溫度特性、溫度特性1、光譜靈敏度、光譜靈敏度2、相對光譜靈敏度、相對光譜靈敏度3、積分靈敏度、積分靈敏度第七節(jié) 光電式檢測元件3、光敏元件及特性、光敏元件及特性光敏電阻，其工作原理是基于光電導(dǎo)基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長，價格便宜等，應(yīng)用廣泛；不足：需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。第七節(jié) 光電式檢測元件光敏電阻的結(jié)構(gòu)：管芯是一塊安裝

7、在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電半導(dǎo)體，一般做成薄層。為了獲得高的靈敏度，電極一般采用梳妝結(jié)構(gòu)。第七節(jié) 光電式檢測元件光敏電阻的主要參數(shù)：暗電阻和暗電流：暗電阻和暗電流：光敏電阻在無光照時測量的電阻值稱為暗電阻，此時在給定工作電壓下流過的電流稱為暗電流。亮電阻和亮電流：亮電阻和亮電流：光敏電阻在受光照時的電阻值稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。光電流：光電流：亮電流與暗電流之差。光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小、光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。第七節(jié) 光電式檢測元件光敏電阻的基本特性：光照特性、伏安特性、光譜特性、溫度特性等。光照特性：光照特

8、性：在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系。不同光敏電阻光照特性不同。但通常光照特性曲線均呈非線性，因此不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。第七節(jié) 光電式檢測元件伏安特性：伏安特性：在一定光照強(qiáng)度下，光敏電阻兩端的電壓和電流之間的關(guān)系。光電流隨外加電壓而線性增加，如圖所示。注意：電壓不能無限的增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。第七節(jié) 光電式檢測元件光譜特性：光譜特性：指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度；光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)靈敏度；光譜特性與光敏電阻的材料有

9、關(guān)。硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硫化鉈的峰值在可見光區(qū)域。在選用光敏電阻式，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。第七節(jié) 光電式檢測元件第七節(jié) 光電式檢測元件溫度特性：溫度特性：光敏電阻的性能（靈敏度、暗電阻）受溫光敏電阻的性能（靈敏度、暗電阻）受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動為了提高靈敏度或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，可利用制冷器使光敏電阻溫度降低。第七節(jié) 光

10、電式檢測元件n光電池及特性n光電池的工作原理和結(jié)構(gòu)光電池的工作原理和結(jié)構(gòu) 光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光敏元件 硅光電池結(jié)構(gòu)圖第七節(jié) 光電式檢測元件n光電池的基本特性光電池的基本特性 光照特性 、光譜特性 、頻率特性 、溫度特性 硅電池的光照特性 光電池的光譜特性 第七節(jié) 光電式檢測元件 光電池的頻率特性 1硒光電池；2. 硅光電池； 光電池的溫度特性 第七節(jié) 光電式檢測元件n光敏晶體管n光敏二極管光敏二極管 光電二極管的反向飽和電流隨入射光照度的變化而成比例的變化 ，具有極好的線性 n光電三極管光電三極管 它有兩個PN結(jié)，由入射光在發(fā)射極與基極之間的PN結(jié)附近產(chǎn)生的光電流 第七節(jié) 光電式檢測元件n光電管n真空光電管真空光電管 有一個陰極和一個陽極構(gòu)成，共同封裝在一個真空玻璃泡內(nèi)，管內(nèi)形成電場，當(dāng)光照射到陰極時，電子便從陰極逸出，在電場作用下，被陽極收集，形