最新61光电效应和光电器件汇总
什么是光电效应介绍光电效应的应用
什么是光电效应介绍光电效应的应用知识点:什么是光电效应及其应用光电效应是物质在光照射下发生的一种物理现象。
当光子(光的粒子)的能量大于或等于物质表面电子所需的最小能量时,电子会被激发并从物质表面逸出。
这个现象被称为光电效应。
光电效应的基本原理可以归结为以下几个关键点:1.光的波动性:光电效应揭示了光的粒子性。
光既可以看作波动,也可以看作由光子组成的粒子流。
2.光子能量:光子的能量与其频率成正比,与光的强度无关。
当光子的能量大于或等于电子的逸出功时,光电效应会发生。
3.逸出功:逸出功是指电子从物质表面逸出所需的最小能量。
不同物质的逸出功不同,因此对光的敏感度也不同。
4.光电效应方程:爱因斯坦提出了光电效应方程,描述了光子能量、电子逸出功和电子动能之间的关系。
方程为E = hν - W,其中 E 表示电子的动能,h 表示普朗克常数,ν 表示光的频率,W 表示逸出功。
光电效应的应用非常广泛,以下是一些重要的应用领域:1.太阳能电池:太阳能电池利用光电效应将光能转换为电能,为人类提供了清洁、可再生能源。
2.光电器件:光电器件如光敏电阻、光敏二极管等,利用光电效应实现光信号与电信号的转换。
3.激光技术:激光是一种特殊的光,具有高度的相干性和方向性。
激光技术在医疗、通信、测量等领域发挥着重要作用。
4.光电探测器:光电探测器可以将光信号转换为电信号,广泛应用于光电通信、天文观测等领域。
5.光电子计算机:光电子计算机利用光信号进行信息处理和传输,具有高速、大容量、低能耗等优点。
6.光电效应在科学研究中的应用:光电效应不仅在物理学领域具有重要意义,还广泛应用于化学、生物学、材料科学等领域的研究。
了解光电效应及其应用,有助于我们深入理解光的性质,以及光与物质相互作用的机理。
这些知识对于培养学生的科学素养和创新能力具有重要意义。
习题及方法:1.习题:一束光照射到某种金属上,如果光的频率为5×10^14 Hz,该金属的逸出功为2.3 eV,求该束光的最大光电子动能。
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
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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
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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
光电式传感器 光电效应及常用的光电元件 光电发射效应及典型器件
3. 光电倍增管
光电倍增管外形
➢光电倍增管由光阴极、倍增极、阳极组成,其中倍增极通常为12-14级,多的可达 30级。倍增极能在电子轰击下发射出更多“次级电子”,可将阴极的光电流放大几万 至几百万倍,故其灵敏度要比普通光电管高得多。
3. 光电倍增管
光电倍增管工作原理图
当光照射到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场 进入倍增系统,并利用二次电子释放效应得到倍增放大,最后把放大后的电子用阳极 收集作为信号输出。
2. 光电管
光电管外形
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管 ➢光电倍增管(photomultiplier)建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论 基础上,结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征,是一种具有极 高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件。
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
2. 光电管
➢ 光电管是(phototube)基于外光电效应的基本光电转换器件。 ➢光电管分为真空光电管和充气光电管。 ➢光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空,在内半球面上涂一层光电材料作为阴极,球心 放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向 阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离,可增加光电管的灵敏度。 ➢光电管灵敏度低、体积大、易破损,已被固体光电器件所代替。
4.1.2 光电发射效应及典型器件
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
§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。
光电效应、光电导效应、光生伏特效应的内容与关系
光电效应、光电导效应、光生伏特效应的内容与关系下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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光电知识点总结
光电知识点总结光电技术是一门涉及光和电的交叉学科,主要研究光和电能量之间的相互转换和作用规律。
光电技术涉及到光电器件的设计、制造和应用,涵盖了光电转换、光电检测、光电调制等方面的内容。
光电技术已经成为现代科技发展的重要领域,在通讯、医疗、能源、环境等领域都有着广泛的应用。
一、光电效应1. 光电效应概述光电效应是指材料受到光照射后,发生电子的发射、传输或者输运现象的过程。
光电效应包括外光电效应和内光电效应两种。
外光电效应是指光照射在材料表面,引起材料表面电子的发射,产生光电流现象;内光电效应是指光照射在材料内部,通过光生载流子(电子-空穴对)的发生,从而产生光电流。
2. 外光电效应外光电效应是指光照射在金属或半导体表面时,引起金属或半导体表面电子的发射,产生光电流现象。
外光电效应是实现光电转换的关键过程,应用广泛。
3. 内光电效应内光电效应是指在光照射下,材料内部的电子-空穴对的产生和输运过程。
内光电效应是光电器件的工作原理,包括光电二极管、太阳能电池等。
二、光电器件1. 光电二极管光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的光电转换器件。
光电二极管分为光电探测二极管和光发射二极管两种。
光电探测二极管是将光信号转化为电信号的光电器件,主要应用于光通信、光电传感等领域。
光发射二极管是将电信号转化为光信号的光电器件,主要应用于光通信、显示屏等领域。
2. 光电场效应器件光电场效应器件是一种基于光电效应的半导体器件,主要包括光电场效应晶体管、光电场效应器件。
光电场效应器件主要应用于光电调制、光电开关等领域。
3. 太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的光电转换器件,是目前能源领域的热门技术之一。
太阳能电池主要包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池等。
4. 光电晶体管光电晶体管是一种能够实现光电转换的半导体器件,是现代光电器件中最重要的一种。
光电晶体管主要应用于光电检测、光电调制、光电放大等领域。
物理有关光电效应的应用知识点总结
物理有关光电效应的应用知识点总结物理有关光电效应的应用知识点总结光学是研究光的行为和性质的物理学科。
光是一种电磁波,在物理学中,电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组来描述;同时,光具有波粒二象性,光的粒子性则需要用量子力学来描述。
以下是为你整理的物理有关光电效应的应用知识点总结,希望能帮到你。
光电效应的应用知识点:光电倍增管利用光电效应还可以制造多种光电器件,如光电倍增管、电视摄像管、光电管、电光度计等,这里介绍一下光电倍增管。
这种管子可以测量非常微弱的光。
右下图是光电倍增管的大致结构,它的管内除有一个阴极K和一个阳极A外,还有若干个倍增电极K1、K2、K3、K4、K5等。
使用时不但要在阴极和阳极之间加上电压,各倍增电极也要加上电压,使阴极电势最低,各个倍增电极的电势依次升高,阳极电势最高,这样,相邻两个电极之间都有加速电场,当阴极受到光的照射时,就发射光电子,并在加速电场的作用下,以较大的动能撞击到第一个倍增电极上,光电子能从这个倍增电极上激发出较多的电子,这些电子在电场的作用下,又撞击到第二个倍增电极上,从而激发出更多的电子,这样,激发出的电子数不断增加,最后后阳极收集到的电子数将比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍(一般为105~108倍)。
因而,这种管子只要受到很微弱的光照,就能产生很大电流,它在工程、天文、军事等方面都有重要的作用。
光电效应的应用知识点:农业病虫害防治农业虫害的治理需要依据为害昆虫的特性提出与环境适宜、生态兼容的技术体系和关键技术。
为害昆虫表现了对敏感光源具有个体差异性和群体一贯性的趋光性行为特征,并通过视觉神经信号响应和生理光子能量需求的方式呈现出生物光电效应的作用本质。
利用昆虫的这种趋性行为诱导增益特性,一些光电诱导杀虫灯技术以及害虫诱导捕集技术广泛地应用于农业虫害的防治,具有良好的应用前景。
光电效应的应用知识点:制造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。
各种光电效应对应的光电元件
各种光电效应对应的光电元件
1. 外光电效应:当金属表面受到光照射时,会有电子从金属表面逸出,这种现象被称为外光电效应。
基于外光电效应的光电元件有光电管和光电倍增管等,常用于光电子学和光电探测领域。
2. 内光电效应:当光照射到半导体材料时,会在材料内部产生电子-空穴对,这种现象被称为内光电效应。
基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等,常用于光控开关、光电传感器等领域。
3. 光伏效应:当光照射到 p-n 结型半导体时,会在结区产生电动势,这种现象被称为光伏效应。
基于光伏效应的光电元件有太阳能电池,常用于太阳能发电领域。
4. 光热效应:当光照射到某些材料时,会使材料的温度升高,从而引起材料的电阻变化,这种现象被称为光热效应。
基于光热效应的光电元件有热敏电阻、热电偶等,常用于温度测量和控制领域。
5. 光电导效应:当光照射到半导体材料时,会使材料的电导率发生变化,这种现象被称为光电导效应。
基于光电导效应的光电元件有光敏电阻等,常用于光探测器和光学仪器中。
这些光电元件在不同的领域都有广泛的应用,如光通信、光探测、光学仪器、太阳能利用等。
随着科技的不断发展,光电元件的性能和应用领域还在不断拓展和提升。
光电方面知识点总结
光电方面知识点总结光电技术是光学和电子技术的结合,它利用光子、电子和半导体材料之间的相互作用来实现一系列的应用。
光电技术已经在通信、能源、医疗、娱乐等领域得到了广泛的应用,并且在人们的日常生活中也起着重要的作用。
本文将从光电基础知识、光电器件、光电应用三个方面对光电技术进行总结,希望能够为读者提供一个全面的了解和认识。
一、光电基础知识1. 光的本质光是一种电磁波,它在真空中的速度为约300000 公里/秒。
光波的频率ν与波长λ之间的关系遵循c=νλ,其中c为光速。
光学的波动理论认为光是一种波,而粒子理论则认为光是由光子构成的.量子光学理论认为光既具有波的性质,也具有粒子的性质。
2. 光电效应光电效应是指光的能量被物质吸收后,物质产生电子的现象。
实验结果表明,只有波长小于一定值的光才能引起光电效应。
根据对光的波动性的定性解释,在低频区,光波不具备照射金属产生电子的能力。
而根据光的量子性的定性解释,在高频区,光子的能量大,能将激发金属电子,从而产生光电效应。
3. 光电池光电池是利用光电效应而制成的半导体器件,光照射在光电池上时,光子被吸收并激发出电子,从而产生电流。
光电池主要有太阳能电池和光电探测器两种,太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备,而光电探测器是一种可以将光信号转化为电信号的器件。
4. 光电导光电导是指在光照射下,电导率发生变化的现象。
在光电导效应中,光子携带能量被物质吸收后,激发物质内部的电子受限在晶体中移动,使其在外加电场的作用下得到移动。
由于光电导使得材料的电阻率发生变化,因此在一些传感器和光电器件中得到了广泛的应用。
5. 光电子学光电子学是光学与电子学相结合的学科领域,它研究的是光子与电子间相互作用的规律和光电器件的结构设计和应用。
光电子学的研究范围包括从光源的制备、光信号的传输、光信号的检测以及对光信号的处理等多个方面。
二、光电器件1. 光电转换器件光电转换器件是利用光电效应将光信号转换为电信号的器件,主要包括光电池和光电探测器两种。
光电效应及其在光电器件中的应用
光电效应及其在光电器件中的应用光电效应指的是当光照射到某些物质表面时,会激发出电子的释放现象。
这一概念的发现和研究对于现代物理学和光电器件的发展都具有重要意义。
本文将探讨光电效应的机理、相关发现以及它在光电器件中的应用。
一、光电效应的机理光电效应的机理是通过研究电子的量子性质得到的。
光以粒子的形式,即光子存在,能量和频率之间的关系由普朗克公式给出:E = hf,其中E表示光子的能量,h为普朗克常数,f为光子的频率。
光子的能量越大,频率越高。
当光照射到物质表面时,如果光子的能量大于物质中某个原子或分子束缚电子的能量,光子和电子之间会发生相互作用。
这个过程可以解释为,光子的能量被电子所吸收,激发电子从束缚态跃迁到自由态,即释放出自由电子。
这种现象被称为外光电效应。
而当光子的能量低于束缚电子能量时,光子的能量被部分吸收,激发电子进入束缚态的激发态,这种现象被称为内光电效应。
二、光电效应的发现和研究历程光电效应的发现可以追溯到19世纪末20世纪初。
德国物理学家海森堡、爱因斯坦等人对于光的性质和光电效应做出了重要的贡献。
海森堡在1914年首次观测到光电效应现象。
他使用了一台连续发光的管,将各种波长的光照射在金属表面。
海森堡发现,只有光的波长在一定范围内,金属表面才会释放出电子。
这一发现进一步证明了光的能量是以量子形式存在的。
爱因斯坦在1904年提出了光量子假设,即光以离散能量的形式存在。
在1905年,他提出使用光量子假设来解释狭义相对论中的一些现象,其中就包括光电效应。
爱因斯坦的这一理论成为后来量子力学的奠基之一。
三、光电效应在光电器件中的应用光电效应在光电器件中有着广泛的应用,其中最常见的应用就是光电二极管和太阳能电池。
光电二极管是利用光电效应构建的电子器件。
光电二极管利用光照射在半导体表面时产生的光电流来实现光信号的探测和转换。
其构造简单,工作可靠,用于机械控制、光电转换和通信等领域。
太阳能电池是利用光电效应将光能转化为电能的器件。
光电效应与光电器件
光电效应与光电器件光电效应是指当光照射到材料表面时,材料中的电子受到光的激发而发生电子跃迁,从而产生电流现象。
这个现象的发现和解释为现代物理学的发展作出了重要贡献,也是光电器件的基础。
本文将探讨光电效应的原理以及应用的光电器件。
一、光电效应的原理光电效应的原理可以用光子学和量子力学的理论解释。
光子学认为,光是由光子组成的粒子流,当光子能量大于材料表面的束缚能时,光子与电子发生碰撞,使得电子得到足够的能量,从而跃迁至导带中,形成电流。
量子力学则从波粒二象性的角度解释了光电效应。
根据量子力学的理论,光既可以被看作电磁波,也可以被看作光子粒子。
当光照射物质时,光子与物质中的电子相互作用,如果光子的能量大于物质中的电子束缚能,那么光子能够被吸收,电子获得能量跃迁至导带中,形成电流。
二、光电器件的种类与应用1. 光电二极管光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件。
它使用半导体材料制成,其中的p-n结在光照射下会产生光电效应,从而产生电流。
光电二极管广泛应用于光电通信、光电测量等领域。
2. 光电倍增管光电倍增管是一种能够将弱光信号放大的器件。
它利用了光电效应,在弱光信号照射下,光电倍增管中的光电子经过多次二次发射,使得电流得到显著放大。
光电倍增管在夜视仪、光电成像等领域有着广泛的应用。
3. 光电导管光电导管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它利用了光电效应,在光照射下,光电导管中的光电子受到光的激发而发生电子跃迁,形成电流信号。
光电导管在光电通信、高速光通信等领域有着重要应用。
4. 太阳能电池太阳能电池是一种能够将太阳光能转化为电能的器件。
它利用了光电效应,将光子能量转化为电子能量,从而产生电流。
太阳能电池在太阳能利用领域有着广泛的应用,是清洁能源的重要组成部分。
三、光电效应与现代科学光电效应的发现和研究对现代科学的发展做出了重要贡献。
一方面,光电效应的解释需要运用到光子学和量子力学的知识,推动了这两个领域的发展。
光电器件
-光的频率( s -1 )
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逸出电子的动能
若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服 逸出功A0时,电子就逸出物体表面,产生电子发 射。故要使一个电子逸出,则光子能量hν 必须超 出逸出功A0 ,超过部分的能量,表现为逸出电子 的动能。即(爱因斯坦光电效应方程)
1 2 h m u0 A0 2 式中: m -电子质量 u0 - 电 子 逸 出 速 度 。
0.5
2
光源(发光器件) 1、热辐射光源--钨丝白炽灯
用钨丝通电加热作为光辐射源最为普通,一般白炽 灯的辐射光谱是连续的 发光范围:可见光外、大量红外线和紫外线,所以任何 光敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点:寿命短而且发热大、效率低、动态特性差,但对 接收光敏元件的光谱特性要求不高,是可取之处。 在普通白炽灯基础上制作的发光器件有溴钨灯和碘 钨灯,其体积较小,光效高,寿命也较长。
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1.2 内光电效应
受光照的物体导电率发生变化,或产生光生电动 势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两 大类。 1)光电导效应。在光线作用下,电子吸收光子能 量从键合状态过渡到自由状态,而引起材料电阻率变 化,这种效应称为光电导效应。基于这种效应的器件 有光敏电阻等。
2)光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产生 一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基于该效应 的器件有光电池和光敏晶体管等。
h c /λ=1.8 eV
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通常用的砷化镓和磷化镓两种材料固溶体,写作 GaAs1-xPx , x 代表磷化镓的比例,当 x > 0.35 时,可得 到Eg≥1.8eV的材料。改变x值还可以决定发光波长,使 λ在550~900nm间变化,它已经进入红外区。 与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表。
光电效应和光电器件
真空光电管旳伏安特征
充气光电管旳伏安特征
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同,优点是敏捷度高. 所不同旳仅仅是在玻璃泡内充以少许旳惰性气体 其敏捷度随电压变化旳稳定性、频率特征等都比真空光电管差
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.4 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.14 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1.6 光电式传感器旳应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
1. 模拟式光电传感器
基于光电器件旳光电流随光通量而发生变化,是光通 量旳函数 。 对于光通量旳任意一种选定值,相应旳光电流就有一 种拟定旳值,而光通量又随被测非电量旳变化而变化, 这么光电流就成为被测非电量旳函数。(光电比色高 温计)
硫化镉光敏电阻旳温度特征
温度对光谱特征影响
伴随温度升高,光谱响应峰值向短波方向移动。所以, 采用降温措施,能够提升光敏电阻对长波光旳响应。
硫化铅光敏电阻旳光谱温度特征
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.4 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管
1. 工作原理 2. 基本特征
1. 工作原理
构造与一般二极管相同,装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态旳
光敏二极管
光敏晶体管
与一般晶体管很相同,具有两个pn结。把光信 号转换为电信号同步,又将信号电流加以放大。
光电器件中的载流子输运与光电效应
光电器件中的载流子输运与光电效应光电器件是一类利用光电效应将光信号转化为电信号或者将电信号转化为光信号的器件。
在光电器件中,载流子的输运是实现光电效应的关键过程之一。
本文将从光电器件的基本原理出发,探讨载流子的输运过程及其与光电效应之间的关系。
光电器件的基本原理是通过光电效应实现能量的转换。
光电效应是指当光照射到物质表面时,光子与物质中的原子或者分子相互作用,引起电子的激发或者电子从物质中解离出来的现象。
在光电效应中,载流子的输运过程起着重要作用。
载流子是指在固体中能够携带电荷的粒子,包括电子和空穴。
在光电器件中,载流子的输运过程可以分为两个方面:电流输运和光电流输运。
首先,电流输运是指在外加电场的作用下,载流子在物质中的输运过程。
在光电器件中,电流输运是实现光信号转化为电信号的基础。
当光照射到光电器件表面时,光子与物质中的原子或者分子相互作用,激发或者解离出载流子。
这些载流子在外加电场的作用下,沿着物质中的导电路径移动,形成电流。
电流的大小和方向取决于载流子的种类和数量,以及外加电场的强度和方向。
其次,光电流输运是指在外加电场的作用下,载流子在光照射下的输运过程。
在光电器件中,光电流输运是实现电信号转化为光信号的基础。
当外加电场作用于光电器件时,载流子在电场的驱动下沿着物质中的导电路径移动。
同时,当光照射到光电器件表面时,光子与载流子相互作用,激发或者解离出新的载流子。
这些新的载流子在外加电场的作用下,沿着物质中的导电路径移动,形成光电流。
光电流的大小和方向取决于载流子的种类和数量,以及外加电场的强度和方向。
载流子的输运过程与光电效应之间存在着密切的联系。
一方面,载流子的输运过程影响着光电效应的效率。
载流子的输运速度和输运距离决定了载流子与光子相互作用的机会。
如果载流子的输运速度较慢或者输运距离较短,那么载流子与光子相互作用的机会就会减少,从而降低光电效应的效率。
因此,提高载流子的输运速度和输运距离是提高光电器件效率的关键。
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6.1 光电效应和光电器件
2.光敏电阻 (1)工作原理 光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导
体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。无光照时,光敏电阻值 (暗电阻)很大,电路中电流(暗电流)很小。 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的 阻值(亮电阻)急剧减小,电路中电流迅速增 大。 一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越 好, 此时光敏电阻的灵敏度高。
图 6.2 光电管符号及测量电路
6.1 光电效应和光电器件
(2)光电倍增管
①光电倍增管的结构
图 6.3 光电倍增管结构
6.1 光电效应和光电器件
②光电倍增管的工作原理 光电倍增管是利用二次电子释放效应,
将光电流在管内部进行放大。 所谓的二次电子是指当电子或光子以
足够大的速度轰击金属表面而使金属内 部的电子再次逸出金属表面,这种再次 逸出金属表面的电子叫做二次电子。
3.光电特性
指当光敏晶体管加
上一定电压时,输出电
流与光照度之间的关系。
光敏二极管光电特性的
线性较好,而光敏三极
管在照度小时,光电流
随照度增加而较小,并
且在光照足够大时,输 出电流有饱和现象。
图 6.11 光敏晶体管光电特性
1—光敏二极管光电特性 2—光 敏三极管光电特性
6.1 光电效应和光电器件
4.温度特性
指暗电流及亮电流 与温度的关系。
温度变化对光敏晶 体管的亮电流影响不 大,但对暗电流的影 响非常大,并且是非 线性的,将给微光测 量带来误差。
图6.12 光敏晶体管的温度特性 1—亮电流 2—暗电流
6.1 光电效应和光电器件
5.响应时间 工业用的硅光敏二极管的响应时间
为10-5~10-7S 左右,光敏三极管的响应 时间比二极管约慢一个数量级,因此在 要求快速响应或入射光、调制光频率较 高时应选用光敏二极管。
(a)
(b)
(a)结构 (b)图形符号 图6.13 光电池
6.1 光电效应和光电器件
(2)基本特性
①光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 图8-16为 硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从图中可知, 不同 材料的光电池, 光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同 的,硅光电池波长在0.8μm附近,硒光电池在0.5μm附近。 硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2μm,而硒光电池只 能为0.38~0.75μm。可见,硅光电池可以在很宽的波长范围 内得到应用。
6.1 光电效应和光电器件
(a)
(b)
(a)光敏电阻的结构
(b)光敏电阻图形符号
图 6.4 光敏电阻
1—梳状电极 2—光导体 3—透光窗口 4—外壳
5—绝缘基体 6—黑色玻璃支柱 7—引脚
6.1 光电效应和光电器件
(2) ①暗电阻 光敏电阻在不受光照射时的阻值
称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。 ②亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称
6.1 光电效应和光电器件
S/ %
10 0 80 60 40 20 0
硒 硅
400 600 800 1000 1200 / nm
3.光生伏特效应 在光线作用下,使物体产生一定方向
电动势的现象称为光生伏特效应。 基于光生伏特效应的光电元件有光
电池。
6.1 光电效应和光电器件
6.1.2 光电器件 1.光电管和光电倍增管 (1)光电管
-
图 6.1 光电管的结构 1—阳极A 2—阴极K 3—石英玻璃外壳 4—抽气管蔕 5—阳极引脚 6—阴极引脚
61光电效应和光电器件
6.1 光电效应和光电器件
1.外光电效应 在光线照射下,电子逸出物体表面 向外发射的现象称为外光电效应,也叫 光电发射效应。 基于外光电效应的光电元件有光电管 和光电倍增管等。
6.1 光电效应和光电器件
每个光子具有的能量:
E h
爱因斯坦的光电效应方程 :
1mv2 hfA 2
式中:m——电子质量; v——电子逸出速度。
6.1 光电效应和光电器件
2. 内光电效应 在光线照射下,物体内的电子不能逸
出物体表面,而使物体的电导率发生变 化或产生光生电动势的效应称为内光电 效应。
基于内光电效应的光电元件有光敏电 阻、光敏二极管、光敏三极管和光敏晶 闸管等 。
6.1 光电效应和光电器件
为亮电阻,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。
6.1 光电效应和光电器件
(3)光敏电阻的光电特性 在光敏电阻两端电压固定不变时,光
照度与电阻及电流间的关系称为光电特 性。
(a)光照—电阻特性
(b)光照—电流特性
图 6.5 光敏电阻的光电特性
6.1 光电效应和光电器件
敏感,这就是光敏晶 体管的光谱特性,如
1—硅光敏晶体管 2—鍺光敏 晶体管
图6.9所示。
6.1 光电效应和光电器件
2.伏安特性
在一定照 度下,光电 流I与光敏元 件两端电压U 的对应关系 称为伏安特 性。
(a)光敏二极管伏安特性
(b)光敏三极管伏安特性
图 6.10 光敏晶体管伏安特性
6.1 光电效应和光电器件
6.1 光电效应和光电器件
4.光电池 (1)结构及工作
原理
当 光 照 射 到 PN 结 的 一个面,例如P型面时, 若光子能量大于半导体 材料的禁带宽度,那么P 型区每吸收一个光子就
产生一对自由电子和空 穴, 电子-空穴对从表面 பைடு நூலகம்内迅速扩散, 在结电
场的作用下,最后建立
一个与光照强度有关的 电动势。
3.光敏晶体管 光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三
极管,它们的工作原理是基于内光电效 应。 (1)光敏二极管
6.1 光电效应和光电器件
(a)内部结构 (b)图形符号 (c)基本电路 图 6.6 光敏二极管
1—负极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—正极引脚
6.1 光电效应和光电器件
(2)光敏三极管
(a) 内部组成
(b)图形符号
图 6.7 光敏三极管
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳
4—玻璃透光镜 5—发射极引脚
图 6.8 光敏三极管基本电路
6.1 光电效应和光电器件
(3)光敏晶体管的基本特性
1.光谱特性
在入射光照度一
定时,光敏晶体管的
相对灵敏度随光波波
长的变化而变化,一
种光敏晶体管只对一
定波长范围的入射光 图 6.9 光敏晶体管的光谱特性