《光电检测技术第二版》中国计量出版社第六章PPT课件
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开路电压下降大约23mV/度 短路电流上升大约10-510-3mA/度
• 4、时间和频率响应
硅光电池频率特性好 硒光电池频率特性差 硅光电池是目前使用最广泛的光电池
• 要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻 RL；
• 光电池面积越大则响应时间越大，因为光电池 面积越大则结电容Cj越大，在给定负载时，时 间常数就越大，故要求短的响应时间，必须选 用小面积光电池。
开关A
+
LDR2
R3 1k
2N3906
R10Vk1正常
R5
2_
7
6
R4 2k
741
LDR1
3+
4
R2 10k
RLA 120R
U D1 IN4001
_
图5-(a)环境比较“暗触发”开关
开关B
开关B、B′上的光敏电阻分别是单方向定位装置（图3） 两边的电阻，一个光敏电阻用一个控制电路。开关B导通 时，电机沿逆时针方向转动；开关B′导通时，电机沿顺时 针方向转动。开关A和B（或B′）都具有很高的灵敏度和 稳定性，且不易受环境温度和电源电压的影响。
提高太阳能的吸收率和转化率
目前使用的跟踪系统
❖单轴太阳能自动跟踪器 ❖步进式太阳能自动跟踪 • 可自动跟踪的太阳灶 • 五像限法太阳自动跟踪仪 • 单轴液压式自动跟踪 • 极轴式跟踪
不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全 自动跟踪
太阳能自动跟踪系统的设计思想
➢最大能量积分
➢“多元法三维”太阳自动跟踪系统
三 光电池的应用
• 1、光电探测器件
利用光电池做探测器有频率响应高，光电 流随光照度线性变化等特点。 • 2、将太阳能转化为电能
实际应用中，把硅光电池经串联、并联组 成电池组。
光电池外形 光敏面
能提供较大电流的大 面积光电池外形
其他光电池及在照度测量中的应用
柔光罩下面为圆形光电池
光电池在动力方面的应用 太阳能赛车
一、“多元法”太阳定位装置
A
f
B
e
C
d
D
c
E
b
a
F
图2 “多元法”太阳定位装置简图
图3 单方向定位装置示意图
三、控制系统
➢与“多元法”定位装置相对应，整个系统 必须用电机分别对各个方向进行控制，各 个控制系统的原理图如下。
➢开关A和B（或B′）具有太阳辐射和环境亮 度比较功能，以消除环境的干扰。
太阳能 硅光电池板
太阳能电动机模型
光电池在动力方面的应用（续） 太阳能发电
光电池在动力方面的应用（续） 光电池在人造卫星上的应用
太阳能自动跟踪控制器
太阳辐射的主要特点
太阳能利用率不高的原因： ❖ 分散性 ❖ 方向性 ❖ 不稳定性
提高太阳能的利用率
太阳跟踪系统：使太阳光永远垂直照射在接收
面上（能量积分）
第四节 半导体光伏型检测器件
• 一、光电池 • 二、光敏二极管 • 三、光敏三极管
一、光电池 1.光电池的工作原理
• 光电池是根据光生伏特效应制成的将光能转换成 电能的一种器件。
• PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射 PN结时，由于内建场的作用，光生电子拉向n区， 光生空穴拉向p区，相当于半导体内产生电动势 （光生电压）；如将PN结短路，则会出现电流 （光生电流）。
开关B
LDR1
LDR2
2-
3+
R10Vk1正常
R2 10k
741
7 6
4
R3 1k
2N3906 R4 2k
RLA 120R RR
图5-(b)环境比较“光触发”开关
+
U D1 IN4001
-
结构原理
小木板
定位装置 细绳
+ 电源
－
电机
支架
图6 机械示意图
提问与解答环节
Questions And Answers
VLS
PL
ILS
RM
RL
输出电压、输出电流、输出功率随负载电阻的变化曲线
• 结论：
光电池用作探测器时：以电流源形式使 用，负载电阻愈小，线性度越好，线性范 围越广。
光电池用作大功率输出时：以电压源形 式使用，负载电阻为RL＝RM时，可获得最 大功率输出。
0
VL V
θ RL负载线
PL IL
RM负载线 PM
电极引线 （＋）
硒光电池结构示意图
Leabharlann Baidu
SiO抗 反射膜
上电极 引线
上电极
扩散层
背电极 引线
硅单晶
背电极 PN结
硅光电池结构示意图
（二）特性参数
• 1、伏安特性
无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半 导体二极管相同。
有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度 与光照度成正比。
曲线与电压轴交点称为 开路电压VOC，与电流轴 交点称为短路电流ISC。
短路电流 Isc SL
开路电压
Vo
c
k Tln q
SL Is
IL
I 无光照
0
V
Voc
Isc
伏安特性曲线 Rd
有光照
D
RL
光电池等效电路
Voc
Isc
入射光强
Isc与入射光强成正比， Voc与入射光强的对数成 正比
Voc
Isc
受光面积
Isc与受光面积成正比， Voc与受光面积的对数 成正比
输出功率PL=VLS•ILS
光电池的结构特点
• 光电池核心部分是一个PN结，一般作成面积大的薄 片状，来接收更多的入射光。
• 受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护 作用
• 由于光子入射深度有限，为使光照到PN结上，实际 使用的光电池制成薄P型或薄N型。
光电池的结构
电极引线 （－）
PN结
半透明金属 电极 N型硒化镉
P型硒
PQ
I
伏安特性曲线
2、光谱特性（用单位辐射通量的不同波长的光分别照射 时，光电池相对输出短路电流大小）
相对输出电流
硒 光 电 池
硅 光 电 池
0.34 0.40
0.75 0.8~0.9
光谱响应曲线
1.1 波长 (μm)
３、温度特性
随着温度的上升，光电池的光谱响应向长波方向移动， 开路电压下降，短路电流上升。光电池做探测器件时，测 量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。
三、控制系统
开关A
开关B′ 开关B
电机
U
+
－
图4 控制电路图
开关设计
➢具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰
➢光敏电阻LDR1用以探测太阳辐射，而LDR2用来探测环 境亮度，通过太阳辐射与环境亮度的比较结果来决定电机 是否转动、向哪个方向转动。同时可以根据需要调节可变 电阻RV1，使得当LDR1接收到的太阳辐射是LDR2的几 倍（如1.2倍）时，相应的电机向相应的方向转动一定角 度。
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
• 4、时间和频率响应
硅光电池频率特性好 硒光电池频率特性差 硅光电池是目前使用最广泛的光电池
• 要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻 RL；
• 光电池面积越大则响应时间越大，因为光电池 面积越大则结电容Cj越大，在给定负载时，时 间常数就越大，故要求短的响应时间，必须选 用小面积光电池。
开关A
+
LDR2
R3 1k
2N3906
R10Vk1正常
R5
2_
7
6
R4 2k
741
LDR1
3+
4
R2 10k
RLA 120R
U D1 IN4001
_
图5-(a)环境比较“暗触发”开关
开关B
开关B、B′上的光敏电阻分别是单方向定位装置（图3） 两边的电阻，一个光敏电阻用一个控制电路。开关B导通 时，电机沿逆时针方向转动；开关B′导通时，电机沿顺时 针方向转动。开关A和B（或B′）都具有很高的灵敏度和 稳定性，且不易受环境温度和电源电压的影响。
提高太阳能的吸收率和转化率
目前使用的跟踪系统
❖单轴太阳能自动跟踪器 ❖步进式太阳能自动跟踪 • 可自动跟踪的太阳灶 • 五像限法太阳自动跟踪仪 • 单轴液压式自动跟踪 • 极轴式跟踪
不足：结构复杂，跟踪精度不高，不能全 自动跟踪
太阳能自动跟踪系统的设计思想
➢最大能量积分
➢“多元法三维”太阳自动跟踪系统
三 光电池的应用
• 1、光电探测器件
利用光电池做探测器有频率响应高，光电 流随光照度线性变化等特点。 • 2、将太阳能转化为电能
实际应用中，把硅光电池经串联、并联组 成电池组。
光电池外形 光敏面
能提供较大电流的大 面积光电池外形
其他光电池及在照度测量中的应用
柔光罩下面为圆形光电池
光电池在动力方面的应用 太阳能赛车
一、“多元法”太阳定位装置
A
f
B
e
C
d
D
c
E
b
a
F
图2 “多元法”太阳定位装置简图
图3 单方向定位装置示意图
三、控制系统
➢与“多元法”定位装置相对应，整个系统 必须用电机分别对各个方向进行控制，各 个控制系统的原理图如下。
➢开关A和B（或B′）具有太阳辐射和环境亮 度比较功能，以消除环境的干扰。
太阳能 硅光电池板
太阳能电动机模型
光电池在动力方面的应用（续） 太阳能发电
光电池在动力方面的应用（续） 光电池在人造卫星上的应用
太阳能自动跟踪控制器
太阳辐射的主要特点
太阳能利用率不高的原因： ❖ 分散性 ❖ 方向性 ❖ 不稳定性
提高太阳能的利用率
太阳跟踪系统：使太阳光永远垂直照射在接收
面上（能量积分）
第四节 半导体光伏型检测器件
• 一、光电池 • 二、光敏二极管 • 三、光敏三极管
一、光电池 1.光电池的工作原理
• 光电池是根据光生伏特效应制成的将光能转换成 电能的一种器件。
• PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射 PN结时，由于内建场的作用，光生电子拉向n区， 光生空穴拉向p区，相当于半导体内产生电动势 （光生电压）；如将PN结短路，则会出现电流 （光生电流）。
开关B
LDR1
LDR2
2-
3+
R10Vk1正常
R2 10k
741
7 6
4
R3 1k
2N3906 R4 2k
RLA 120R RR
图5-(b)环境比较“光触发”开关
+
U D1 IN4001
-
结构原理
小木板
定位装置 细绳
+ 电源
－
电机
支架
图6 机械示意图
提问与解答环节
Questions And Answers
VLS
PL
ILS
RM
RL
输出电压、输出电流、输出功率随负载电阻的变化曲线
• 结论：
光电池用作探测器时：以电流源形式使 用，负载电阻愈小，线性度越好，线性范 围越广。
光电池用作大功率输出时：以电压源形 式使用，负载电阻为RL＝RM时，可获得最 大功率输出。
0
VL V
θ RL负载线
PL IL
RM负载线 PM
电极引线 （＋）
硒光电池结构示意图
Leabharlann Baidu
SiO抗 反射膜
上电极 引线
上电极
扩散层
背电极 引线
硅单晶
背电极 PN结
硅光电池结构示意图
（二）特性参数
• 1、伏安特性
无光照时，光电池伏安特性曲线与普通半 导体二极管相同。
有光照时，沿电流轴方向平移，平移幅度 与光照度成正比。
曲线与电压轴交点称为 开路电压VOC，与电流轴 交点称为短路电流ISC。
短路电流 Isc SL
开路电压
Vo
c
k Tln q
SL Is
IL
I 无光照
0
V
Voc
Isc
伏安特性曲线 Rd
有光照
D
RL
光电池等效电路
Voc
Isc
入射光强
Isc与入射光强成正比， Voc与入射光强的对数成 正比
Voc
Isc
受光面积
Isc与受光面积成正比， Voc与受光面积的对数 成正比
输出功率PL=VLS•ILS
光电池的结构特点
• 光电池核心部分是一个PN结，一般作成面积大的薄 片状，来接收更多的入射光。
• 受光面有二氧化硅抗反射膜，起到增透作用和保护 作用
• 由于光子入射深度有限，为使光照到PN结上，实际 使用的光电池制成薄P型或薄N型。
光电池的结构
电极引线 （－）
PN结
半透明金属 电极 N型硒化镉
P型硒
PQ
I
伏安特性曲线
2、光谱特性（用单位辐射通量的不同波长的光分别照射 时，光电池相对输出短路电流大小）
相对输出电流
硒 光 电 池
硅 光 电 池
0.34 0.40
0.75 0.8~0.9
光谱响应曲线
1.1 波长 (μm)
３、温度特性
随着温度的上升，光电池的光谱响应向长波方向移动， 开路电压下降，短路电流上升。光电池做探测器件时，测 量仪器应考虑温度的漂移，要进行补偿。
三、控制系统
开关A
开关B′ 开关B
电机
U
+
－
图4 控制电路图
开关设计
➢具有太阳辐射和环境亮度比较功能，以消除环境的干扰
➢光敏电阻LDR1用以探测太阳辐射，而LDR2用来探测环 境亮度，通过太阳辐射与环境亮度的比较结果来决定电机 是否转动、向哪个方向转动。同时可以根据需要调节可变 电阻RV1，使得当LDR1接收到的太阳辐射是LDR2的几 倍（如1.2倍）时，相应的电机向相应的方向转动一定角 度。
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal