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(cè)元件第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(cè)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(gè)光子的能量：光子是具有能量的粒子，每個(gè)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(cè)元件根據(jù)愛(ài)因斯坦假設(shè)：一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量。光根據(jù)愛(ài)因斯坦假設(shè)：一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量。光子把它的全部能量交給自由電子。要使一個(gè)電子從物體表子把它的全部能量交給自由電子。要使一個(gè)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(guò)部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。超過(guò)部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。002maxmax21AhhhmvE該方程稱為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程該方程稱為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(dòng)能與入射光的頻率呈線性關(guān)系，與入射光的強(qiáng)度無(wú)光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率呈線性關(guān)系，與入射光的強(qiáng)度無(wú)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(duì)于某種材料而言有一個(gè)因此對(duì)于某種材料而言有一個(gè)頻率限頻率限 ，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，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(huì)即

4、使光線微弱也會(huì) 有光電子發(fā)射出來(lái)。此頻率限稱為有光電子發(fā)射出來(lái)。此頻率限稱為“紅限頻紅限頻率率”。0光電管即使沒(méi)有陽(yáng)極電壓，由于光電子有初始動(dòng)能，也會(huì)有光電流光電管即使沒(méi)有陽(yáng)極電壓，由于光電子有初始動(dòng)能，也會(huì)有光電流產(chǎn)生。產(chǎn)生。第七節(jié) 光電式檢測(cè)元件在入射光的頻譜成分不變時(shí)，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(shí)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(shí)間，在光照射物質(zhì)

5、后，立刻有光電子發(fā)射，據(jù)測(cè)該時(shí)間不超過(guò)光電子發(fā)射，據(jù)測(cè)該時(shí)間不超過(guò)10-9s第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的和因光照產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)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(cè)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(duì)光譜靈敏度、相對(duì)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(cè)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(zhǎng)，價(jià)格便宜等，應(yīng)用廣泛；不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(gè)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(cè)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(wú)光照時(shí)測(cè)量的電阻值稱為暗電阻，此時(shí)在給定工作電壓下流過(guò)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(shí)的電阻值稱為亮電阻，此時(shí)流過(guò)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(shuō)，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(cè)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(cè)元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(wú)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(cè)元件光譜特性：光譜特性：指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的指光敏電阻在不同波長(zhǎng)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(lái)考慮，才能獲得滿意的效果。第七節(jié) 光電式檢測(cè)元件第七節(jié) 光電式檢測(cè)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(zhǎng)短的方向移動(dòng)下降，光譜特性曲線的峰值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)為了提高靈敏度或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(gè)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(cè)元件n光電管n真空光電管真空光電管 有一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成，共同封裝在一個(gè)真空玻璃泡內(nèi)，管內(nèi)形成電場(chǎng)，當(dāng)光照射到陰極時(shí)，電子便從陰極逸出，在電場(chǎng)作用下，被陽(yáng)極收集，形