光电效应和光电器件-教学课件
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PPT教案10-6.1 光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应光电效应ppt光电效应课件
光电效应光电效应ppt光电效应课件光电效应知识背景：1887年，赫兹在证明麦克斯韦波动理论的实验中，首次发现了光电效应。
当时，赫兹注意到，用光特别是紫外光照射处在火花间隙下的电极，会使火花容易从电极间通过。
勒纳于1900年对这个效应也进行了研究，并指出光电效应应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。
上图即为实验装置图，入射光通过石英窗照射到金属表面（阴极）时，就有电子发射出来，当有电子到达阳极时，外电路就有电流。
若光电效应应仅此而已，则并没有什么惊奇之处。
事实上，从光电效应的实验中得到的部分结果，用经典的电磁理论却无法解释。
光电效应课件的一些重要的演示结果如下：（1）当发生光电效应时，光照强度不变时，随着电压的增大，电路内的电流也在增大，但是不会无限增大，有一个最大值，这个最大值就是饱和电流。
当光照强度再增大时，饱和电流的值也会相应的增大。
（2）当外加正向电压V足够大时，从阴极发射的电子将全部到达阳极，光电流i达到饱和。
课件演示发现，在入射光频率v一定时，饱和电流i与光强I成正比。
（3）通常即使加上反向电压，回路中还是有电流，但当反向电压大于一临界值时，电流为零，此临界值称为截止电压-V。
课件演示发现：当入射光频率v一定时，同种金属阴极材料的截止电压-V相同，与光强无关。
（4）尽管对特定的金属阴极材料，截止电压-V与光强度I无关，但它与入射频率v成正比。
从课件演示可以看到每一种阴极材料，都分别有确定的截止频率v0，称为观点效应的红线。
入射光频率v必须大于此值，才能产生光电流，否则，不论光强多大，都无光电流。
v0随着阴极材料的不同而改变。
（4）解释上述问题理论基础：1905年，爱因斯坦提出了光子假设。
这个假设认为，当光照到阴极表面时，所发射的一个电子是从一个单一能量量子获得能量。
这种能量量子被称为光子，它的能量与电磁波的频率v有关，大小为ε=hv，h为普朗克常量。
按照爱因斯坦的观点，当光入射到阴极表面时，光子被电子吸收，电子获得了hv的能量。
光电效应及光电元件ppt实用资料
减小了PN结的电容，提高了工作频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向 偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极
术 管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作各种数字与模拟光纤传输系统
专 业
，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF
频带小信号开关、中波频
教带
学 资
到1000MHZ之间电流控制、可变
项目：光电效应 及光电元件
基于光生伏特效应的光电元件
应
——光电池
用
电 子
在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光
技 术 专
电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对 光生电子—空穴对， 光生 电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移
业 运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果
3
Page 3
紫外管外形
应 用
当入射紫外线照射在
电 紫外管阴极板上时，电
子 技 术
子克服金属表面对它的 束缚而逸出金属表面，
专 形成电子发射。紫外管
业 教
多用于紫外线测量、火
学 焰监测等。
资
源
库
项目：光电效应 及光电元件
紫外线
2021/7/23
Page 4
光敏电阻
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 库
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
81—2—Si发O2射保结护圈
2021/7/23
17
Page 17
硅光敏晶体管 应 的光谱特性
用 电 子 技 术 专 业 教 电磁波频谱 学 资 源 库
教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
一、光电效应 光电式传感器的作用：将光信号转化为电信号 一种传感器。理论基础是光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
第7讲 光电效应和光电器件
200 150 2
100
50 0 1
20
40 U/V
思考：我们为了得到更大的光电流，能否无限 增大电压？
光敏电阻的特性5-频率特性
I / %
100 硫化铅
80
60 40 20 0 10
硫化镉
•思考：光敏电阻能否 用在要求快速响应的场 合？
102 103
104 f / Hz
光敏电阻的特性6-稳定性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
自由电子所占能带
导带
Eg
禁带 价带
不存在电子所占能带
价电子所占能带
2.光生伏特效应 在光线作用下能够 使物体产生一定方向 的电动势的现象叫做 光生伏特效应。 基于该效应的光电 器件有光电池和光敏 二极管、三极管。
阳极
光电阴极
光电倍增管示意图
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃 引线
光导体
电极
光敏电阻结构
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带 Eg
自由电子所占能带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
禁带
价带
I / %
160
120 80 40 0 400 800 1200 1600 T/h 2
•最后达到一个稳定值 后就不再变了。这就是 光敏电阻的主要优点。
1
光敏电阻的特性7-温度特性
I / μA
100
50 0 1
20
40 U/V
思考：我们为了得到更大的光电流，能否无限 增大电压？
光敏电阻的特性5-频率特性
I / %
100 硫化铅
80
60 40 20 0 10
硫化镉
•思考：光敏电阻能否 用在要求快速响应的场 合？
102 103
104 f / Hz
光敏电阻的特性6-稳定性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
自由电子所占能带
导带
Eg
禁带 价带
不存在电子所占能带
价电子所占能带
2.光生伏特效应 在光线作用下能够 使物体产生一定方向 的电动势的现象叫做 光生伏特效应。 基于该效应的光电 器件有光电池和光敏 二极管、三极管。
阳极
光电阴极
光电倍增管示意图
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃 引线
光导体
电极
光敏电阻结构
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带 Eg
自由电子所占能带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
禁带
价带
I / %
160
120 80 40 0 400 800 1200 1600 T/h 2
•最后达到一个稳定值 后就不再变了。这就是 光敏电阻的主要优点。
1
光敏电阻的特性7-温度特性
I / μA
41 光电效应和光电器件精讲
24
（2）光谱特性
可见，当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降，这是因为光子能 量太小，不足以激发电子-空穴对。当入射光波长缩小时，相对灵敏 度也要下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收，投入深度小， 在表面激发的电子-空穴对不能到达PN结。光敏二极管和光敏晶体管 对入射光的波长有一个响应范围。如锗管的响应范围在0.6m～1.8m 波长附近；而硅管的响应范围在0.4m～1.2m波长附近。
14
（2）光照特性
指在外加一定电压时，光敏电阻的光电流与光强之间的关系 。可见，曲线非线性，故光敏电阻不宜做测量元件，而常在自动 控制中用做光电开关。
15
（3）光谱特性
指在外加一定电压时，输出电流与入射光波长之间的关系。可见， 不同材料制造的光敏电阻其光谱特性差别很大，某种材料制造的光 敏电阻只对某一波长的入射光具有最高的灵敏度。故在选用光敏电 阻时要考虑光源的波长，以得到满意效果。
12
3．光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性 （2）光照特性
（3）光谱特性
（4）响应时间和频率特性 （5）温度特性
13
（1）伏安特性
指在一定的光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间 的关系。可见，在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就 越大；在一定光照度下，所加电压越大，光电流越大，且没有饱 和现象。但不能无限制地提高电压，在使用时光敏电阻受耗散功 率的限制，其两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允 许功耗曲线，由它可确定光敏电阻的正常工作电压。
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装 在带有玻璃的壳体中。
11
光敏电阻具有灵敏度高，可靠性好及光谱特性好，精度高、体积 小、性能稳定、价格低廉等特点，广泛用于光探测和光自控领域，如： 照相机、验钞机、石英钟及各种光控动物玩具，光控灯饰等。
（2）光谱特性
可见，当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降，这是因为光子能 量太小，不足以激发电子-空穴对。当入射光波长缩小时，相对灵敏 度也要下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收，投入深度小， 在表面激发的电子-空穴对不能到达PN结。光敏二极管和光敏晶体管 对入射光的波长有一个响应范围。如锗管的响应范围在0.6m～1.8m 波长附近；而硅管的响应范围在0.4m～1.2m波长附近。
14
（2）光照特性
指在外加一定电压时，光敏电阻的光电流与光强之间的关系 。可见，曲线非线性，故光敏电阻不宜做测量元件，而常在自动 控制中用做光电开关。
15
（3）光谱特性
指在外加一定电压时，输出电流与入射光波长之间的关系。可见， 不同材料制造的光敏电阻其光谱特性差别很大，某种材料制造的光 敏电阻只对某一波长的入射光具有最高的灵敏度。故在选用光敏电 阻时要考虑光源的波长，以得到满意效果。
12
3．光敏电阻的基本特性
（1）伏安特性 （2）光照特性
（3）光谱特性
（4）响应时间和频率特性 （5）温度特性
13
（1）伏安特性
指在一定的光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间 的关系。可见，在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就 越大；在一定光照度下，所加电压越大，光电流越大，且没有饱 和现象。但不能无限制地提高电压，在使用时光敏电阻受耗散功 率的限制，其两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允 许功耗曲线，由它可确定光敏电阻的正常工作电压。
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装 在带有玻璃的壳体中。
11
光敏电阻具有灵敏度高，可靠性好及光谱特性好，精度高、体积 小、性能稳定、价格低廉等特点，广泛用于光探测和光自控领域，如： 照相机、验钞机、石英钟及各种光控动物玩具，光控灯饰等。
第7讲光电效应和光电器件剖析讲解
或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生 于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为 光电导效应和光生伏特效应两类：
1.光电导效应
•在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到 自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称 为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
•要求：当光照度低于100lx时，扬声器播放乐曲 告警。
思考：R1和Rw的作用是什么？
例2：光电式带材跑偏检测装置
•要 求 ： 此 装 置可用来检测 带材在加工过 程中偏离正确 位置的大小及 方向，从而为 纠偏控制机构 电路提供一个 纠偏信号。
思考：R2的作用？
作业
1. 用 光 敏 电 阻 设 计 一 路 灯 自 动 控 制 系 统 ， 要 求画出其测量电路图并说明其工作原理。 2. 用光敏电阻设计一自动调光台灯，要求画 出其测量电路图并说明其工作原理。
E2 E4
光电倍增管示意图
A
阳极
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃
引线
光敏电阻结构
电极 光导体
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
光电管的结构和工作原理
二、光电倍增管 ❖当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小 ，只有零点几μA，不容易探测，需要用光电倍增管 对电流进行放大。 光电倍增管结构和工作原理
1.光电导效应
•在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到 自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称 为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
•要求：当光照度低于100lx时，扬声器播放乐曲 告警。
思考：R1和Rw的作用是什么？
例2：光电式带材跑偏检测装置
•要 求 ： 此 装 置可用来检测 带材在加工过 程中偏离正确 位置的大小及 方向，从而为 纠偏控制机构 电路提供一个 纠偏信号。
思考：R2的作用？
作业
1. 用 光 敏 电 阻 设 计 一 路 灯 自 动 控 制 系 统 ， 要 求画出其测量电路图并说明其工作原理。 2. 用光敏电阻设计一自动调光台灯，要求画 出其测量电路图并说明其工作原理。
E2 E4
光电倍增管示意图
A
阳极
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃
引线
光敏电阻结构
电极 光导体
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
光电管的结构和工作原理
二、光电倍增管 ❖当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小 ，只有零点几μA，不容易探测，需要用光电倍增管 对电流进行放大。 光电倍增管结构和工作原理
《光电效应》课件
实验结果表明，当光的波长增 加时，光子的能量降低，电子 的动能减小，无光电子发射。
实验结果证明了爱因斯坦的光 电效应公式和光的粒子性理论 的正确性。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光电效应的应用
太阳能电池
太阳能电池是利用光电效应将太 阳光转换为电能的装置。
太阳能电池的原理是当太阳光照 射在半导体材料上时，光子能量 激发电子从束缚状态进入自由状
光电材料的应用
新型光电材料在太阳能电池、光电传感器、光电器件等领域 具有广泛的应用前景。
光电转换效率的提高
光电转换技术
目前，光电转换技术正朝着高效、低 成本、环保的方向发展，以提高光电 转换效率。
光电转换效率的瓶颈
虽然光电转换效率已经取得了一定的 提高，但仍存在一些瓶颈，如光吸收 、载流子输运等问题需要解决。
光电效应的实验研究
实验目的和实验原理
实验目的
通过实验研究光电效应现象，深入理 解光子与物质相互作用的过程，探究 光电效应的规律。
实验原理
光电效应是指光子照射在物质表面时 ，光子能量被吸收后，物质内部的电 子吸收能量并从束缚状态跃迁至自由 状态，形成光电流的现象。
实验设备和实验步骤
实验设备：光电效应实验装置、光源、电流表 、电压表等。
当光子撞击物质表面时，能量被吸收并传递给电子，使电子获得足够的能量逃离物 质表面。
电子的发射机制包括逸出功和光子能量两个关键因素，逸出功是指电子从物质表面 逸出所需的最低能量，光子能量是指光子的能量值。
随着光子能量的增加，光电效应的发生概率增加，电子的动能也相应增加。
光电效应的实验验证
课件1：第1课时 光电效应
B.若不断向左移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数
C.若不断向右移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数
D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会有示数
A. 锌板带正电，指针带负电
B. 锌板带正电，指针带正电
C. 锌板带负电，指针带正电
D. 锌板带负电，指针带负电
2.用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁
感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表
示逸出功，m、e表示电子的质量和电荷量，h表示普朗克常量，则电子的最
大初动能是( CD )
A.hν+W
B.
C.hν-W
2 2 2
D.
2
3.如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限
频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管，发现滑动变阻器的滑片
P处于图示位置时，灵敏电流计的示数为零，下列说法正确的是( C )
A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应
电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减
小吗？
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光
频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是
随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过
10─9 秒 ( 这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。
光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现
了用波动说无法解释的新现象---光电效应现象。对这一现象及其他相关问
题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
C.若不断向右移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数
D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会有示数
A. 锌板带正电，指针带负电
B. 锌板带正电，指针带正电
C. 锌板带负电，指针带正电
D. 锌板带负电，指针带负电
2.用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁
感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表
示逸出功，m、e表示电子的质量和电荷量，h表示普朗克常量，则电子的最
大初动能是( CD )
A.hν+W
B.
C.hν-W
2 2 2
D.
2
3.如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限
频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管，发现滑动变阻器的滑片
P处于图示位置时，灵敏电流计的示数为零，下列说法正确的是( C )
A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应
电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减
小吗？
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光
频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是
随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过
10─9 秒 ( 这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。
光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现
了用波动说无法解释的新现象---光电效应现象。对这一现象及其他相关问
题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
光电效应与光电元件
因此光电倍增管可用于微光测量,如探测高能射线产 生的辉光等。但由于光电倍增管是玻璃真空器件，体积 大、易破碎,工作电压高达上千伏,所以目前已逐渐被新 型半导体光敏元件所取代。
微弱 光照
紫外光电管
当入射紫外线照射 在紫外管阴极板上时， 电子克服金属表面对它 的束缚而逸出金属表面， 形成电子发射。紫外管 多用于紫外线测量、火 焰监测等。可见光较难 引起光电子的发射。
pn结中的电场强度可达10vmm数量级因此能将光子所产生的光电子加速到具有很高的动能撞击其他原子产生新的电子空穴对如此多次碰撞以致最终造成载流子按几何级数剧增的雪崩效应形成对原始光电流的放大作用增益可达几千倍而雪崩产生和恢复所需的时间可小于10ns适用于微光信号检测以及长距离光纤通信可以取代光电倍增管
金属的硫化物(如CdS)、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体载流子数目的多少。 当光敏电阻受到光照时，若光子能量hf大于该半导体 材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收光子能量后， 跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子-空 穴对的出现使电阻率变小。光照越强，光生电子-空穴 对就越多，阻值就越低。入射光消失，电子-空穴对逐 渐复合，电阻也逐渐恢复原值。
APD光敏二极管的PN结、内部电场分布 及电子倍增
APD载流子雪崩式倍增示意图
APD光敏二极管的 外形及用途
APD二极管适用于微光测 量和光纤通信。
GD3250系列硅雪崩光电二极管的特性参数
参数
单位 GD3250-A GD3250-B GD3250-C
光敏面直径 mm
0.2
0.5
0.8
工作电压
光电管电路及特性
金属阳极a和阴极k封装在一
个石英玻璃壳内。当入射光照
微弱 光照
紫外光电管
当入射紫外线照射 在紫外管阴极板上时， 电子克服金属表面对它 的束缚而逸出金属表面， 形成电子发射。紫外管 多用于紫外线测量、火 焰监测等。可见光较难 引起光电子的发射。
pn结中的电场强度可达10vmm数量级因此能将光子所产生的光电子加速到具有很高的动能撞击其他原子产生新的电子空穴对如此多次碰撞以致最终造成载流子按几何级数剧增的雪崩效应形成对原始光电流的放大作用增益可达几千倍而雪崩产生和恢复所需的时间可小于10ns适用于微光信号检测以及长距离光纤通信可以取代光电倍增管
金属的硫化物(如CdS)、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体载流子数目的多少。 当光敏电阻受到光照时，若光子能量hf大于该半导体 材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收光子能量后， 跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子-空 穴对的出现使电阻率变小。光照越强，光生电子-空穴 对就越多，阻值就越低。入射光消失，电子-空穴对逐 渐复合，电阻也逐渐恢复原值。
APD光敏二极管的PN结、内部电场分布 及电子倍增
APD载流子雪崩式倍增示意图
APD光敏二极管的 外形及用途
APD二极管适用于微光测 量和光纤通信。
GD3250系列硅雪崩光电二极管的特性参数
参数
单位 GD3250-A GD3250-B GD3250-C
光敏面直径 mm
0.2
0.5
0.8
工作电压
光电管电路及特性
金属阳极a和阴极k封装在一
个石英玻璃壳内。当入射光照
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10
1. 光敏电阻的工作原理及结构
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
11
光敏电阻的结构
1.玻璃 2.光电导层 3.电极 4.绝缘衬底 5.金属壳 6.黑色绝缘玻璃 7.引线
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响， 因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。
27
光敏三极管外形
28
2． 基本特性
（1）光谱特性 （2）伏安特性 （3）光照特性 （4）温度特性 （5）频率响应
29
（1）光谱特性
入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降
硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性 可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。 在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。
（2）伏安特性
21
温度对光谱特性影响
随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此， 采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
22
4 光敏二极管和光敏晶体管
工作原理 基本特性
23
1． 工作原理
结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在 电路中一般是处于反向工作状态的
光敏二极管
（2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
（3）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。
14பைடு நூலகம்
3．光敏电阻的基本特性
15
（1）伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
24
光敏三极管
与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信号 转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。
25
光敏二极管
将光敏二极管的 PN 结设置在透明 管壳顶部的正下方， 光照射到光敏二极 管的PN结时，电子 -空穴对数量增加， 光电流与照度成正 比。
光敏二极管外形
26
光敏二极管阵列
红外发射管
红外接收管
30
硅 光 敏 管 的 伏 安 特 性
（3）光照特性
31
硅光敏管的光照特性
（a）硅光敏二极管；（b）硅光敏三极管
光敏二极管的光照特性曲线的线性较好
（4）温度特性
32
其暗电流及光电流与温度的关系
温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。
33
（5）频率响应
具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出 的光电流(或负载上的电压)随频率的变化关系
12
梳 状 电 极
半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。 灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定
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2． 光敏电阻的主要参数
（1）暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间 测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流， 称为暗电流。
8
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极
阳极
倍增极上涂有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料，并且 电位逐级升高
阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二 次电子发射
二次电子发射系数 σ =二次发射电子数／入射电 子数
若倍增极有n，则倍增率为σn。
9
3 光敏电阻
1. 光敏电阻的工作原理及结构 2．光敏电阻的主要参数 3．光敏电阻的基本特性
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光敏电阻的频率特性
不同材料的光敏电阻具有不同的响应时 间，所以它们的频率特性也就不尽相同。
20
（5）温度特性
光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它 的暗电阻和灵敏度都下降。
温度系数: R2 R1 100%C 1
(T2 T1)R2
在一定光照下，温度每变化1℃， 光敏电阻阻值的平均变化率 硫化镉光敏电阻的温度特性
16
（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
硫化镉光敏电阻的光照特性
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件， 一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
17
（3）光谱特性
光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的
18
（4）响应时间和频率特性
光电导的弛豫现象（时延特性）：光电流的 变化对于光的变化，在时间上有一个滞后。 通常用响应时间t表示。
硅光敏晶体管的频率响应
5 光电池
34
有光线作用下实质上就是电源，电路中有 了这种器件就不再需要外加电源。
1. 工作原理 2．基本特性
2020年10月1日9时31分
35
光电池外形
光敏面
2020年10月1日9时31分
36
能提供较大电流的
大面积光电池外形
37
1. 工作原理
直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面 积的pn结。当光照射到pn结上时，便在pn结的两 端产生电动势(p区为正，n区为负) 。 用导线将pn结两端用导线连接起来，就有电流流 过，电流的方向由P区流经外电路至n区。若将电 路断开，就可以测出光生电动势。
紫外6 管
真空光电管的伏安特性 充气光电管的伏安特性 充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体，其灵敏度 随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差
7
2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
光电传感器
将光信号转换为电信号的一种传感器
光电效应和光电器件
外光电效应: 在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。如 光电管、光电倍增管
内光电效应: 在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光 敏电阻等属于这类光电器件。
阻挡层光电效应(光生伏特效应): 在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势 的现象。如光电池、光敏晶体管等
3
1905年德国 物理学家爱因斯坦 用光量子学说解释 了光电发射效应， 并为此而获得1921 年诺贝尔物理学奖。
光电效应和光电器件
1 光电管 2 光电倍增管 3 光敏电阻 4 光敏二极管和光敏晶体管 5 光电池 6 光电式传感器的应用
5
1 光电管
当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子， 电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在 外电路中便产生了电流。