第7讲光电效应和光电器件分解.ppt

光电效应和光电器件 主要内容 光电传感器的组成 光电效应 光电器件 光敏电阻外形 光敏电阻的演示 光敏电阻的连线电路 光敏电阻的特性1-光电流 光敏电阻的特性2-光照特性 光敏电阻的特性3-光谱特性 光敏电阻的特性4-伏安特性 光敏电阻的特性5-频率特性 光敏电阻的特性6-稳定性 光敏电阻的特性7-温度特性 作 业 光源和光电传感器的选用 一般形式的光电传感器 光敏晶体管的特性1-光谱特性 相对灵敏度/% 硅 锗 入射光 λ/? 4000 8000 12000 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波长为9000?，锗的峰值波长为15000?。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。故在可见光或探测赤热状态物体时，一般选用硅管；但对红外线进行探测时,则采用锗管较合适。 0 500lx 1000lx 1500lx 2000lx 2500lx I/mA 2 4 6 20 40 60 80 光敏晶体管的伏安特性 U/V 光敏晶体管的特性2-伏安特性 光敏晶体管的特性3-光照特性 光敏晶体管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 600 800 1000 0 1.0 2.0 3.0 呈现了近似线性关系。当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。 光敏晶体管的特性4-温度特性 暗电流/mA 光电流/mA 10 20 30 40 50 60 70 T /oC 25 0 50 100 0 200 300 400 10 20 30 40 50 60 70 80 T/oC 光敏晶体管的温度特性 从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大．所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。 光敏晶体管的特性5-频率特性 0 100 1000 500 5000 10000 20 40 60 100 80 RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ 入射光调制频率 / HZ 相对灵敏度/% 光敏晶体管的频率特性 光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。 光敏二极管的应用 1.光电路灯控制电路 2.光强测量电路 光敏三极管的应用 1.脉冲编码器 2.光电转速传感器 3.光电式烟尘浓度计 光电池 硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池等。目前,应用最广、最有发展前途的是硅光电池。 硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。 硒光电池光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适于接收可见光(响应峰值波长0.56μm)，最适宜制造照度计。 砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性则与太阳光谱最吻合。且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。因此，它主要用于宇宙飞船、卫星、太空探测器等的电源。 光电池的结构和工作原理 当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。 光电池的示意图 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光电池的结构图 I 光 (b) 光电池的工作原理示意图 P N 光电池的表示符号、基本电路及等效电路 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 光电池符号和基本工作电路 光电池的基本特性 (1) 光谱特性 光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。 20 40 60 80 100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.2 I / % 1 2 λ/μm 1——硒光电池 2——硅光电池 （2）光照特性 开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，当照度为2000lx时趋向饱和。 短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线。 L/klx ? L/klx ? 5 4 3 2 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 2 4 6 8 10 开路电压 Uoc /V 0.1 0.2 0.3 0.4 ? 0.5 0.3 0.1 0 1 2 3 4 5 Uoc/V Isc /mA Isc/mA (a) 硅光电池 (b)硒光电池 开路电压 短路电流 短路电流 短路电流