光电效应和光电器件-教学课件

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（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。
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（3）光谱特性
光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的
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（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。
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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
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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。
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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。
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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
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光敏二极管阵列
红外发射管
红外接收管
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硅 光 敏 管 的 伏 安 特 性
（3）光照特性
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硅光敏管的光照特性
（a）硅光敏二极管；Байду номын сангаасb）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
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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。
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（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
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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。
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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
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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。
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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。
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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
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
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光敏三极管外形
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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
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（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
（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。
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3．光敏电阻的基本特性
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（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。
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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
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4 光敏二极管和光敏晶体管
工作原理 基本特性
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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
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
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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
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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。
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（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
硅光敏晶体管的频率响应
5 光电池
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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
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光电池外形
光敏面
2020年10月1日9时31分
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能提供较大电流的
大面积光电池外形
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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。