5光電效應(yīng)和光電器件ppt課件

1、下一頁返 回5.1.1 光電管光電管5.1.2 光電倍增管光電倍增管5.1.3 光敏電阻光敏電阻5.1.4 光敏二極管和光敏晶體管光敏二極管和光敏晶體管5.1.5 光電池光電池5.1.6 光電式傳感器的運(yùn)用光電式傳感器的運(yùn)用上一頁下一頁返 回當(dāng)陰極遭到適當(dāng)波長的光線照射時(shí)便發(fā)射電子，當(dāng)陰極遭到適當(dāng)波長的光線照射時(shí)便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)就有電電子被帶正電位的陽極所吸引，在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。上一頁下一頁返 回真空光電管的伏安特性真空光電管的伏安特性 充氣光電管的伏安特性充氣光電管的伏安特性充氣光電管充氣光電管: 構(gòu)

2、造和真空光電管根本一樣，優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高構(gòu)造和真空光電管根本一樣，優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高.所不同的僅僅是在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體所不同的僅僅是在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體其靈敏度隨電壓變化的穩(wěn)定性、頻率特性等都比真空光電管差其靈敏度隨電壓變化的穩(wěn)定性、頻率特性等都比真空光電管差 上一頁下一頁返 回 在入射光極為微弱時(shí)，光電管能產(chǎn)生的光電流就很小，在入射光極為微弱時(shí)，光電管能產(chǎn)生的光電流就很小，光電倍增管：放大光電流光電倍增管：放大光電流組成：光電陰極組成：光電陰極+假設(shè)干倍增極假設(shè)干倍增極+陽極陽極 上一頁下一頁返 回l光電陰極光電倍增極陽極光電陰極光電倍增極陽極l倍增極上涂有倍增極上涂有Sb-Cs

3、或或Ag-Mg等光敏資料，等光敏資料，并且電位逐級(jí)升高并且電位逐級(jí)升高 l陰極發(fā)射的光電子以高速射到倍增極上，陰極發(fā)射的光電子以高速射到倍增極上，引起二次電子發(fā)射引起二次電子發(fā)射 l二次電子發(fā)射系數(shù)二次電子發(fā)射系數(shù) =二次發(fā)射電子數(shù)入二次發(fā)射電子數(shù)入射電子數(shù)射電子數(shù)l假設(shè)倍增極有假設(shè)倍增極有n，那么倍增率為，那么倍增率為n上一頁下一頁返 回1. 光敏電阻的任務(wù)原理及構(gòu)造光敏電阻的任務(wù)原理及構(gòu)造2光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的主要參數(shù)3光敏電阻的根本特性光敏電阻的根本特性上一頁下一頁返 回當(dāng)無光照時(shí)，光敏電阻值當(dāng)無光照時(shí)，光敏電阻值(暗電阻暗電阻)很大，電路中電流很小很大，電路中電流很小 當(dāng)有光照

4、時(shí)，光敏電阻值當(dāng)有光照時(shí)，光敏電阻值(亮電阻亮電阻)急劇減少，電流迅速添加急劇減少，電流迅速添加上一頁下一頁返 回1.玻璃玻璃 2.光電導(dǎo)層光電導(dǎo)層 3.電極電極 4.絕緣襯底絕緣襯底 5.金屬殼金屬殼 6.黑色絕緣玻璃黑色絕緣玻璃 7.引線引線光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在帶有玻璃的殼體中。上一頁下一頁返 回半導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的外表薄層。半導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的外表薄層。光敏電阻的電極普通采用梳狀，提高了光敏電阻的靈敏度。光敏電阻的電極普通采用梳

5、狀，提高了光敏電阻的靈敏度。靈敏度高，光譜特性好，光譜呼應(yīng)從紫外區(qū)不斷到紅外區(qū)。靈敏度高，光譜特性好，光譜呼應(yīng)從紫外區(qū)不斷到紅外區(qū)。而且體積小、分量輕、性能穩(wěn)定而且體積小、分量輕、性能穩(wěn)定 梳狀電極梳狀電極 上一頁下一頁返 回1暗電阻和暗電流暗電阻和暗電流 光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過一定時(shí)光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過一定時(shí)間丈量的電阻值，稱為暗電阻。此時(shí)流過的電間丈量的電阻值，稱為暗電阻。此時(shí)流過的電流，稱為暗電流。流，稱為暗電流。 2亮電阻亮電阻 光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻，此時(shí)流過的電流稱為亮電流。的亮電阻，此時(shí)流

6、過的電流稱為亮電流。 3光電流光電流 亮電流與暗電流之差，稱為光電流。亮電流與暗電流之差，稱為光電流。上一頁下一頁返 回1伏安特性伏安特性 2光照特性光照特性3光譜特性光譜特性4呼應(yīng)時(shí)間和頻率特性呼應(yīng)時(shí)間和頻率特性5溫度特性溫度特性上一頁下一頁返 回 在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系 在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和景象。在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和景象。光敏電阻的最高任務(wù)電壓是由耗散

7、功率決議的，光敏電阻的最高任務(wù)電壓是由耗散功率決議的，耗散功率又和面積以及散熱條件等要素有關(guān)。耗散功率又和面積以及散熱條件等要素有關(guān)。上一頁下一頁返 回l光敏電阻的光電流與光強(qiáng)之間的關(guān)系光敏電阻的光電流與光強(qiáng)之間的關(guān)系 由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為丈量元件，由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為丈量元件，普通在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。普通在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。 上一頁下一頁返 回l光敏電阻對(duì)不同波長的光，靈敏度是不同的光敏電阻對(duì)不同波長的光，靈敏度是不同的 上一頁下一頁返 回l光電導(dǎo)的弛豫景象：光電流的變化對(duì)于光電導(dǎo)的弛豫景象：

8、光電流的變化對(duì)于光的變化，在時(shí)間上有一個(gè)滯后。光的變化，在時(shí)間上有一個(gè)滯后。l通常用呼應(yīng)時(shí)間通常用呼應(yīng)時(shí)間t表示。表示。 上一頁下一頁返 回l不同資料的光敏電阻具有不同的呼應(yīng)時(shí)間，不同資料的光敏電阻具有不同的呼應(yīng)時(shí)間，所以它們的頻率特性也就不盡一樣。所以它們的頻率特性也就不盡一樣。 上一頁下一頁返 回l光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)，光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗電阻和靈敏度都下降。它的暗電阻和靈敏度都下降。 硫化鎘光敏電阻的溫度特性硫化鎘光敏電阻的溫度特性 121212%100)(CRTTRR溫度系數(shù)溫度系數(shù): 在一定光照下，溫度每變化在一定光照下，溫度每變化1，光敏

9、電阻阻值的平均變化率光敏電阻阻值的平均變化率 上一頁下一頁返 回l隨著溫度升高，光譜呼應(yīng)峰值向短波方向挪動(dòng)。因此，隨著溫度升高，光譜呼應(yīng)峰值向短波方向挪動(dòng)。因此，采取降溫措施，可以提高光敏電阻對(duì)長波光的呼應(yīng)。采取降溫措施，可以提高光敏電阻對(duì)長波光的呼應(yīng)。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 上一頁下一頁返 回l1 任務(wù)原理任務(wù)原理l2 根本特性根本特性上一頁下一頁返 回l構(gòu)造與普通二極管類似，裝在透明玻璃外殼中構(gòu)造與普通二極管類似，裝在透明玻璃外殼中l(wèi)在電路中普通是處于反向任務(wù)形狀的在電路中普通是處于反向任務(wù)形狀的 光敏二極管光敏二極管上一頁下一頁返 回l與普通晶體管很類似

10、，具有兩個(gè)與普通晶體管很類似，具有兩個(gè)pn結(jié)。把光信結(jié)。把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)同時(shí)，又將信號(hào)電流加以放大。號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)同時(shí)，又將信號(hào)電流加以放大。 上一頁下一頁返 回1光譜特性光譜特性 2伏安特性伏安特性3光照特性光照特性4溫度特性溫度特性5頻率呼應(yīng)頻率呼應(yīng)上一頁下一頁返 回l入射光的波長添加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降入射光的波長添加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降 硅和鍺光敏二極晶體管的光譜特性硅和鍺光敏二極晶體管的光譜特性 可見光或探測赤熱形狀物體時(shí)，普通都用硅管?？梢姽饣蛱綔y赤熱形狀物體時(shí)，普通都用硅管。在紅外光進(jìn)展探測時(shí)，那么鍺管較為適宜。在紅外光進(jìn)展探測時(shí)，那么鍺管較為適宜。 上一頁下一頁返 回上一頁

11、下一頁返 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 光敏二極管的光照特性曲線的線性較好光敏二極管的光照特性曲線的線性較好 上一頁下一頁返 回l其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系溫度變化對(duì)光電流影響很小，而對(duì)暗電流影響很大。溫度變化對(duì)光電流影響很小，而對(duì)暗電流影響很大。上一頁下一頁返 回l具有一定頻率的調(diào)制光照射時(shí)，光敏管輸出的具有一定頻率的調(diào)制光照射時(shí)，光敏管輸出的光電流光電流(或負(fù)載上的電壓或負(fù)載上的電壓)隨頻率的變化關(guān)系隨頻率的變化關(guān)系 硅光敏晶體管的頻率呼應(yīng)硅光敏晶體管的頻率呼應(yīng) 上一頁下一頁返 回l有光線作用下本質(zhì)上就是電源，電

12、路中有光線作用下本質(zhì)上就是電源，電路中有了這種器件就不再需求外加電源。有了這種器件就不再需求外加電源。 l 1. 任務(wù)原理任務(wù)原理l2根本特性根本特性上一頁下一頁返 回l直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，是一個(gè)大直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，是一個(gè)大面積的面積的pn結(jié)。當(dāng)光照射到結(jié)。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，便在結(jié)上時(shí)，便在pn結(jié)的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢結(jié)的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(p區(qū)為正，區(qū)為正，n區(qū)為負(fù)區(qū)為負(fù)) 。l用導(dǎo)線將用導(dǎo)線將pn結(jié)兩端用導(dǎo)線銜接起來，就有電流結(jié)兩端用導(dǎo)線銜接起來，就有電流流過，電流的方向由流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至區(qū)流經(jīng)外電路至n區(qū)。區(qū)。假設(shè)將電路斷開，就可以測出光生電動(dòng)勢。假

13、設(shè)將電路斷開，就可以測出光生電動(dòng)勢。上一頁下一頁返 回(1) 光譜特性光譜特性(2) 光照特性光照特性(3) 頻率呼應(yīng)頻率呼應(yīng) (4) 溫度特性溫度特性 (5) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性上一頁下一頁返 回l光電池對(duì)不同波長的光，靈敏度是不同的光電池對(duì)不同波長的光，靈敏度是不同的 上一頁下一頁返 回l不同光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢是不同的。不同光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢是不同的。 短路電流與光照度成線性關(guān)系；開路電壓與光照度是非線性的短路電流與光照度成線性關(guān)系；開路電壓與光照度是非線性的光電池作為丈量元件運(yùn)用時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的方式來運(yùn)用光電池作為丈量元件運(yùn)用時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的方式來運(yùn)用 上一頁下

14、一頁返 回l外接負(fù)載電阻相對(duì)于它的內(nèi)阻來說很小情況下外接負(fù)載電阻相對(duì)于它的內(nèi)阻來說很小情況下的電流值。的電流值。 負(fù)載越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，而且線性范圍越寬負(fù)載越小，光電流與照度之間的線性關(guān)系越好，而且線性范圍越寬 上一頁下一頁返 回l指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系指輸出電流隨調(diào)制光頻率變化的關(guān)系 硅光電池具有較高的頻率呼應(yīng)硅光電池具有較高的頻率呼應(yīng) ,用于高速計(jì)數(shù)的光電轉(zhuǎn)換用于高速計(jì)數(shù)的光電轉(zhuǎn)換 上一頁下一頁返 回l開路電壓和短路電流隨溫度變化的關(guān)系。開路電壓和短路電流隨溫度變化的關(guān)系。l關(guān)系到運(yùn)用光電池的儀器的溫度漂移，影響到關(guān)系到運(yùn)用光電池的儀器的溫度漂移，影響到丈量精

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 硅光電池的溫度特性硅光電池的溫度特性(照度照度1000lx)上一頁下一頁返 回l當(dāng)光電池密封良好、電極引線可靠、運(yùn)當(dāng)光電池密封良好、電極引線可靠、運(yùn)用合理時(shí)，光電池的性能是相當(dāng)穩(wěn)定的用合理時(shí)，光電池的性能是相當(dāng)穩(wěn)定的 l硅光電池的性能比硒光電池更穩(wěn)定硅光電池的性能比硒光電池更穩(wěn)定 l影響性能和壽命要素：影響性能和壽命要素：l光電池的資料及制造工藝光電池的資料及制造工藝l運(yùn)用環(huán)境條件運(yùn)用環(huán)境條件 上一頁下一頁返 回l模擬式傳感器模擬式傳感器l脈沖式傳感器脈沖式傳感器上一頁下一頁返 回l基于光電器件的光電流隨光通量而發(fā)生基于光電器件的光電流隨光通

16、量而發(fā)生變化，是光通量的函數(shù)變化，是光通量的函數(shù) 。l對(duì)于光通量的恣意一個(gè)選定值，對(duì)應(yīng)對(duì)于光通量的恣意一個(gè)選定值，對(duì)應(yīng)的光電流就有一個(gè)確定的值，而光通量的光電流就有一個(gè)確定的值，而光通量又隨被測非電量的變化而變化，這樣光又隨被測非電量的變化而變化，這樣光電流就成為被測非電量的函數(shù)。電流就成為被測非電量的函數(shù)。上一頁下一頁返 回1物鏡；物鏡；2平面玻璃；平面玻璃；3光闌；光闌；4光導(dǎo)棒；光導(dǎo)棒；5分光鏡；分光鏡；6濾光片；濾光片；7硅光電池；硅光電池；8濾光片；濾光片；9硅光電池；硅光電池；10瞄準(zhǔn)反射鏡；瞄準(zhǔn)反射鏡；11圓柱反射鏡；圓柱反射鏡；12目鏡；目鏡；13多夫棱鏡多夫棱鏡14、15硅光電池負(fù)載電阻；硅光電池負(fù)載電阻；16可逆電機(jī)；可逆電機(jī)；17電子電位差計(jì)電子電位差計(jì)上一頁下一頁返 回光電器件的輸出僅有兩個(gè)穩(wěn)定形狀，也光電器件的輸出僅有兩個(gè)穩(wěn)定形狀，也就是就是“通與通