工信版(中职)光电技术应用情境二 光电器件及应用教学课件.ppt
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1、Y CF(中职)光电技术应用情境二 光电器件及应用教学课件情境二 光电器件及应用 任务 认识光敏电阻的应用电路及产品 任务 认识光电二极管、光电三极管的应用产品 任务 认识硅光电池的应用电路及产品 任务 认识 的应用电路及产品返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品 任务描述 一、内光电效应 被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质内部运动,使 物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象,称为内光电效应。内光电效应按其工作原理可分为两种,即光电导效应和光生伏特效应。.光电导效应 光电导效应可分为本征光电导效应与杂质光电导效应两种。本征半导体或杂质半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带产生本征
2、吸收,导带中产生光生自由电子,价带中产生光生自由空穴。光生电子与空穴使半导体的电导率发生变化。这种在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象,称为本征光电导效应。下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品.光生伏特效应 光生伏特效应是基于半导体 结基础上的一种将光能转换成电能的效应。当入射光的辐射作用在半导体 结上产生本征吸收时,价带中的光生空穴与导带中的光生电子在 结内建电场的作用下分开,形成光生伏特电压或光生电流的现象。二、光敏电阻概述 光敏电阻器是一种电导率随吸收的光量子多少而变化的电子元件。当某种物质受到光的照射时,载流子浓度增加,从而增加了电导率,这就是光电导效应。这种附加
3、的电导称为光电导。利用具有光电导效应的材料(如、等本征半导体与杂质半导体以及、等)可以制成电导率随入射光辐射量变化而变化的器件,这类器件被称为光电导器件。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品.光敏电阻分类 根据光敏电阻器的光谱特性,光敏电阻器可分为以下几类:紫外光敏 电阻器,用于探测紫外线;可见光敏电阻器,主要用于自动控制、光电跟踪以及照相机的自动曝光等场合;红外光敏电阻器,主要用于导弹制导、光报警装置、人体病变探测、红外通信等工作中。.光敏电阻结构组成 在一块均匀光电导体两端加上电极,贴在硬质玻璃、云母、高频陶瓷或其他绝缘材料基板上,两端接有电极引线,封装在带有窗口的金属或塑
4、料外壳内,如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品 三、光敏电阻应用电路测量 光敏电阻属于半导体光敏器件,除具有灵敏度高、反应速度快、光谱特性及 值一致性好等特点外,在高温、潮湿的恶劣环境下,还能保持高度的稳定性和可靠性。可广泛应用于照相机、太阳能庭院灯、草坪灯、验钞机、石英钟、音乐杯、礼品盒、迷你小夜灯、光声控开关、路灯自动开关以及各种光控玩具、光控灯饰、灯具等自动开关控制领域。光敏电阻应用测量内容主要包括:()任务实施过程中,找准光敏电路控制电路结构。()根据任务描述,在教师指导下正确使用仪器仪表,得到所安排的测量要求。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路
5、及产品()在明暗环境发生变化的情况下,对比电路结构和光敏电阻在电路中的工作情况。()在规定课时内完成几个应用电路的认识。相关知识 一、光敏电阻调光电路 光控调光电路工作原理是当周围光线变弱时引起光敏电阻 的阻值增加,使加在电容 上的分压上升,进而使可控硅的导通角增大,达到增大照明灯两端电压的目的;反之,若周围的光线变亮,则 的阻值下降,导致可控硅的导通角变小,照明灯两端的电压也同时下降,使灯光变暗,从而实现对灯光照度的控制,如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品 二、光敏电阻光控开关电路 以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式,如自锁亮激发、暗
6、激发及精密亮激发、暗激发等。.暗激发继电器开关电路 一种简单的暗激发继电器开关电路工作原理:当照度下降到设置值时 由于光敏电阻阻值上升激发 导通,的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制,如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品.暗激发时滞继电器开关电路 其工作原理是当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放的反相端电位升高,其输出激发 导通,的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制,如图 所示。三、照明灯的光电控制电路 其工作原理是晚上光线很暗,光敏电阻 阻值很大,流过继电器的电流很小,使继电器不动作,路
7、灯接通电源点亮。早上,天渐渐变亮,即照度逐渐增大,光敏电阻 受光照后阻值变小,流过继电器的电流逐渐增大,当照度达到一定值时,流过继电器的电流足以使继电器动作,使其闭合,如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品 四、照相机自动曝光电路 照相机的自动曝光控制,最早是以曝光表表头控制的速度优先光圈自动的方式实现的。目前在自动控制中这种方式已被淘汰,而主要应用电子快门(光圈优先快门自动)和电子程序快门来实现。平视取景镜头快门照相机中,目前主要采用电子程序快门来实现自动曝光。而在单镜头反光照相机中的自动曝光控制则主要是应用焦平面电子快门。如图 所示,光照强度强时,曝光时间短;光照
8、强度弱时,曝光时间长。上一页 下一页 返回任务认识光敏电阻的应用电路及产品 五、火焰检测报警器 火焰检测报警器是当物质燃烧时,在产生烟雾和放出大量气体时,也会产生可见或不可见的光辐射。该报警器也称为感光式火灾探测器,是用于响应火灾的光特性,即感应火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率,如图 所示。六、光敏电阻的特点 优点:光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使用 寿命长、体积小、无极性、使用方便等优点,所以应用广泛。此外,许多光敏电阻对红外线敏感,适宜在红外线光谱区工作。缺点:响应时间长,频率特性差,强光线性差,受温度影响大。型号相同的光敏电阻参数参差不齐,并且由于光照特性的非线性,
9、不适宜在测量要求线性的场合工作,常用作开关式光电信号的传感元件。上一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 任务描述 一、光电二极管概述 光电二极管()和普通二极管一样,也是由一个 结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反 向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使 结的面积相对较大,以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,称为暗电流;有光照时,反向电流迅速增大到几十微安,称为光电流。下一页 返回任务认识光电二极管、光电三
10、极管的应用产品 光的强度越大,反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化,这就可以把光信号转换成电信号,称为光电传感器。图 所示为光电二极管的结构,图 所示为光电二极管的符号。二、光电三极管概述 光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电器件,它本身具有放大功能。目前的光电三极管是采用硅材料制作而成的。这是由于硅元件较锗元件有小得多的暗电流和较小的温度系数。硅光电三极管是用 型硅单晶做成 结构的。管芯基区面积做得较大,发射区面积却做得较小,入射光线主要被基区吸收。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 光电三极管有 根引线的也有两根引线的,管型分为 和 型两种。常
11、见的硅光电三极管有金属壳封、环氧平头式及微型。怎样识别其管脚呢?对于金属壳封装的,金属下面有一个凸块,与凸块最近的那只脚为发射极。如果该管仅有两只脚,那么剩下的管脚则是光电三极管的集电极;假若该管有 只脚,那么离 脚最近的则是基极,离 脚远者是集电极。对环氧平头式、微型光电三极管的管脚识别方法是这样的:由于这两种管子的两只脚不一样,所以识别最容易,长脚为发射极,短脚为集电极。图 所示为光电三极管的结构、符号和外形。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 三、光电二极管、光电三极管应用电路测试要求 测量内容主要包括:()任务实施过程中,找准应用电路中光电二极管、光电三极管。
12、()根据任务描述,在教师指导下正确使用仪器仪表,得到所安排的测量要求。()在明暗环境发生变化的情况下,对比电路结构和光敏电阻在电路中的工作情况。()在规定课时内完成几个应用电路的认识。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 测量要求主要包括:()实验之前,请仔细阅读实验仪器说明,弄清实验箱各部分的功能意义。()当电压表和电流表显示为“”时,说明超过量程,应更换为合适量程。()连线之前保证电源关闭。()实验过程中,请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关,这样会造成实验所测试的数据不准确。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 相关知识 一、光电二极管暗电
13、流测试 实验装置原理电路如图 所示。但是在实际操作过程中,光电二极管和光电三极管的暗电流非常小,只有 数量级。这样,实验操作过程中,对电流表的要求较高。在本实验中,采用电路中串联大电阻的方法,将图 中的 改为,再利用欧姆定律计算出支路中的电流即为所测器件的暗电流,如图 所示,暗/。二、光电二极管光电流测试 光电二极管光电流测试实验装置原理图如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 三、光电二极管伏安特性 其实验装置原理电路如图 所示。四、光电三极管光电流测试及光照特性实验 光电三极管光电流测试及光照特性实验装置原理电路如图 所示。五、光电三极管伏安特性实验 光电
14、三极管伏安特性实验装置原理电路如图 所示。上一页 下一页 返回任务认识光电二极管、光电三极管的应用产品 六、型光电二极管 管 为了提高 结硅光电二极管的时间响应,消除在 结外光生载流子的扩散运动时间,常采用在 区与 区之间生成 型层,构成图 所示的 结构光电二极管,结构的光电二极管与 结型的光电二极管在外形上没有区别。七、雪崩光电二极管 管 当光电二极管的 结加相当大的反向偏压时,在耗尽层内将产生一个很高的电场,它足以使在强电场区漂移的光生载流子获得充分的动能,通过与晶格原子碰撞将产生新的电子 空穴对。新的电子 空穴对在强电场作用下,分别向相反的方向运动,在运动过程中又可能与原子碰撞再一次产生
15、新的电子 空穴对。如此反复,形成雪崩式的载流子倍增。这个过程就是 的工作基础,即雪崩倍增过程,其结构如图 所示。上一页 返回任务认识硅光电池的应用电路及产品 任务描述 一、光生伏特效应 光生伏特效应是基于两种材料相接触形成内建势垒,光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒的两边,从而形成了光生电动势。光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应,而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。利用半导体 结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件,也称为结型光电器件。二、结型光电器件(光生伏特器件)光生伏特器件包括光电池、光电二极管、光电晶体管、管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置
16、敏感探测器()等。下一页 返回任务认识硅光电池的应用电路及产品.结型光电器件与光电导器件的区别()产生光电变换的部位不同。()光敏电阻没有极性,而结型光电器件有确定的正、负极性。()光敏电阻弛豫时间较大,结型器件弛豫时间相应较小,因此响应速度较快。()有些结型光电器件灵敏度较高,可以通过较大的电流。.光生伏特器件的基本工作原理 当光照射 结时,只要入射光子能量大于材料禁带宽度,就会在结区激发电子 空穴对。在开路状态,产生一个与内建电场方向相反的光生电场,即在 区和 区之间产生了光生电压,这就是 结的光生伏特效应。只要光照不停止,这个光生电压将永远存在。上一页 下一页 返回任务认识硅光电池的应用
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