1、2020/9/17,1,第十章 光電傳感器,本章學(xué)習(xí)光電效應(yīng)、光電元件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性以及光電傳感器的各種應(yīng)用，掌握光電開關(guān)及光電斷續(xù)器的使用方法。,2020/9/17,2,1905年德國物理學(xué)家愛因斯坦用光量子學(xué)說解釋了光電發(fā)射效應(yīng)，并為此而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。,2020/9/17,3,第一節(jié) 光電效應(yīng)及光電元件,用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf 的光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。,外光電效應(yīng)：在光線的作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有紫外光電管、光電倍增管、光電攝像管等

2、。,2020/9/17,4,紫外管外形,當(dāng)入射紫外線照射在紫外管陰極板上時，電子克服金屬表面對它的束縛而逸出金屬表面，形成電子發(fā)射。紫外管多用于紫外線測量、火焰監(jiān)測等。,紫外線,2020/9/17,5,光敏電阻,當(dāng)光敏電阻受到光照時， 阻值減小。,2020/9/17,6,光敏電阻演示,當(dāng)光敏電阻受到光照時，光生電子空穴對增加，阻值減小，電流增大。,暗電流（越小越好）,2020/9/17,7,光敏二極管,將光敏二極管的PN 結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的PN結(jié)時，電子-空穴對數(shù)量增加，光電流與照度成正比。,2020/9/17,8,光敏二極管外形,光敏二極管陣列,包含1024個

3、InGaAs元件的線性光電二極管陣列，可用于分光鏡。,2020/9/17,9,紅外發(fā)射、接收對管外形,紅外發(fā)射管,紅外接收管,2020/9/17,10,PIN光電二極管,PIN光電二極管是在P區(qū)和N區(qū)之間插入一層電阻率很大的I層，從而減小了PN結(jié)的電容，提高了工作頻率。PIN光敏二極管的工作電壓（反向偏置電壓）高，光電轉(zhuǎn)換效率高，暗電流小，其靈敏度比普通的光敏二極管高得多，響應(yīng)頻率可達數(shù)十兆赫，可用作各種數(shù)字與模擬光纖傳輸系統(tǒng)，各種家電遙控器的接收管（紅外波段）、UHF 頻帶小信號開關(guān)、中波頻帶,到1000MHZ之間電流控制、可變衰減器、各種通信設(shè)備收發(fā)天線的高頻功率開關(guān)切換和RF領(lǐng)域的高速開

4、關(guān)等。特殊結(jié)構(gòu)的PIN二極 管還可用于測量紫外線或射線等。,2020/9/17,11,APD光敏二極管（雪崩光敏二極管）,硅雪崩光電二極管是采用n+p-p+型結(jié)構(gòu)的可見光和近紅外探測器，它具有高響應(yīng)度，高信噪比，高響應(yīng)速度等特點，可廣泛應(yīng)用于微光信號檢測、長距離光纖通信、激光測距、激光制導(dǎo)等光電信息傳輸和光電對抗系統(tǒng)。,GD3250系列硅雪崩光電二極管的特性參數(shù),2020/9/17,13,光敏二極管的反向偏置接法,在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當(dāng)于普通二極管的反向飽和漏電流。當(dāng)光照射在二極管的PN結(jié)（又稱耗盡層）上時，在PN結(jié)附近產(chǎn)生的電子-空穴對

5、數(shù)量也隨之增加，光電流也相應(yīng)增大，光電流與照度成正比。,2020/9/17,14,光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示,在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。,當(dāng)光照增加時，光電流I與光照度成正比關(guān)系。,光敏二極管的反向偏置接法,UO,+,光照,2020/9/17,15,光敏三極管,光敏三極管有兩個PN結(jié)。與普通三極管相似，有電流增益，靈敏度比光敏二極管高。多數(shù)光敏三極管的基極沒有引出線，只有正負（c、e）兩個引腳，所以其外型與光敏二極管相似，從外觀上很難區(qū)別。,2020/9/17,16,光敏三極管外形,2020/9/17,17,光敏三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu),a)內(nèi)部

6、組成 b)管芯結(jié)構(gòu) c）結(jié)構(gòu)簡化圖 1集電極引腳 2管芯 3外殼 4玻璃聚光鏡 5發(fā)射極引腳 6N+ 襯底 7N型集電區(qū) 8SiO2保護圈 9集電結(jié) 10P型基區(qū) 11N型發(fā)射區(qū) 12發(fā)射結(jié),2020/9/17,18,硅光敏晶體管的光譜特性,電磁波頻譜,2020/9/17,19,光電特性,0,光照,光電流,光敏 三極管,光敏 二極管,3000lx,4mA,請判斷靈敏度的高低,0.3mA,請計算當(dāng)E=100lx時，光敏二極管的光電流I,I,E,2020/9/17,20,光敏晶閘管,光敏晶閘管有三個引出電極，即陽極a、陰極k和門極g 。它的頂部有一個玻璃透鏡，光敏晶閘管的陽極與負載串聯(lián)后接電源正極

7、，陰極接電源負極，門極可懸空。當(dāng)有一定照度的光信號通過玻璃窗口照射到正向阻斷的PN結(jié)上時，將產(chǎn)生門極電流，從而使光敏晶閘管從阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通后，即使光照消失，光敏晶閘管仍維持導(dǎo)通。要切斷已觸發(fā)導(dǎo)通的光敏晶閘管，必須使陽極與陰極的電壓反向，或使負載電流小于其維持電流。光敏晶閘管的特點是：導(dǎo)通電流比光敏三極管大得多，工作電壓有的可達數(shù)百伏，因此輸出功率大，可用于工業(yè)自動檢測控制。,2020/9/17,21,光敏晶閘管外形,光敏面,2020/9/17,22,基于光生伏特效應(yīng)的光電元件 光電池,在N型襯底上制造一薄層P型層作為光照敏感面，就構(gòu)成最簡單的光電池。當(dāng)入射光子的能量足夠大時，P型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對光生電子空穴對， 光生 電子空穴對的的擴散運動使電子通過漂移運動被拉到N型區(qū)，空穴留在P區(qū)，所以N區(qū)帶負電，P區(qū)帶正電。如果光照是連續(xù)的，經(jīng)短暫的時間，PN結(jié)兩側(cè)就有一個穩(wěn)定的光生電動勢輸出。,2020/9/17,23,光電池外形,光敏面,2020/9/17,24,能提供較大電流的大面積光電池外形,2020/9/17,25,其他光電池及在照度測量中的應(yīng)用,柔光罩下面為圓形光電池,2020/9/17,26,光電池在動力方面的應(yīng)用,太陽能賽車,太陽能電動機模型,太陽能 硅光電池板,2020/9/17,27,光電池在動力方面的應(yīng)用（續(xù)）,太陽能發(fā)電,2020/9/17,2