光電傳感器ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-30 18:07 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 比爾定律的使用是有條件的，如果溶液的濃度太大，則比爾定律不成立；入射光必須是較好的單色光，如果入射光單色性差，則會造成較大的誤差；求濃度較精確的方法是先測定標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用最小二乘法確定系數(shù)，或利用計算機(jī)進(jìn)行分析計算，盡可能減少誤差。實(shí)際測量溶液濃度時常采用比較法或比色法，用兩個同樣的比色杯， L和 T均相等。一個盛待測溶液，另一個盛濃度已知的同品種溶液（成為標(biāo)準(zhǔn)溶液），由于兩者為同品種溶液，用同一波長測量時吸收系數(shù) k相等。分別測量兩種溶液的吸光度值 A，其大小與濃度的關(guān)系為：待測溶液： 標(biāo)準(zhǔn)溶液：兩式相比較有：比較法求濃度 C即：光電器件的應(yīng)用分光光度計：光電比色計：光電比色計：1— 聚光鏡； 2— 濾光器； 3— 硒光電池； 4— 被分析樣品；5— 標(biāo)準(zhǔn)樣品光電池：內(nèi)光電效應(yīng)器件一、光電池? 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件 。由于它可把太陽能直接變電能，因此又稱為太陽能電池。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的 PN結(jié)，當(dāng)光照射在 PN結(jié)上時，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。? 光電池是一種用途很廣的光敏器件，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、性能穩(wěn)定、光照靈敏度較高、光譜響應(yīng)頻帶較寬 ,尤其在小型化和微功耗儀器中，它是常用的換能器件。 光電池的命名方式：把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前，應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。l硅光電池價格便宜， 轉(zhuǎn)換效率高，壽命長，適于接受紅外光。l硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、壽命短，適于接收可見光 (響應(yīng)峰值波長 )，最適宜制造照度計。l砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。光電池的示意圖硅光電池是在一塊 N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些 P型雜質(zhì) (如硼 )形成 PN結(jié)。 當(dāng)光照到 PN結(jié)區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子 空穴對，在 N區(qū)聚積負(fù)電荷， P區(qū)聚積正電荷，這樣 N區(qū)和 P區(qū)之間出現(xiàn)電位差 。若將 PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由 P區(qū)流經(jīng)外電路至 N區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。光電池的結(jié)構(gòu)和工作原理+光PN－SiO2RL(a)光電池的結(jié)構(gòu)圖I光(b)光電池的工作原理示意圖P N光電池的基本特性（ 1）光譜特性 光電池的光譜特性決定于材料。從曲線可看出，硒光電池在可見光譜范圍內(nèi)有較高的靈敏度，峰值波長在 540nm附近，適合測量可見光。硅光電池應(yīng)用的范圍 400nm1100nm，峰值波長在 850nm附近，因此硅光電池的應(yīng)用范圍很寬。1— 硒光電池2— 硅光電池（ 2）頻率特性光電池的頻率響應(yīng)就是指光電池的輸出電流隨照射光頻率變化的關(guān)系。由于光電池 PN結(jié)面積較大，極間電容大，故頻率特性較差。圖示為光電池的頻率響應(yīng)曲線。由圖可知，硅光電池具有較高的頻率響應(yīng)，如曲線 2，而硒光電池則較差，如曲線 1。1— 硒光電池2— 硅光電池L/klxL/klx5432100.10.30.52 4 6 8 10開路電壓Uoc /V0 1 2 3 4 5Uoc/VIsc /mAIsc/mA(a)硅光電池 (b)硒光電池（ 3）光照特性曲線開路電壓曲線：光生電動勢與照度之間的特性曲線，當(dāng)照度為 2022lx時趨向飽和。短路電流曲線：光電流與照度之間的特性曲線。開路電壓短路電流 短路電流短路電流，指外接負(fù)載相對于光電池內(nèi)阻而言是很小的情況下的短路電流。光電池在不同照度下，其內(nèi)阻也不同，因而應(yīng)選取適當(dāng)?shù)耐饨迂?fù)載近似地滿足 “短路 ”條件。下圖表示硒光電池在不同負(fù)載電阻時的光照特性。從圖中可以看出，負(fù)載電阻 RL越小，光電流與強(qiáng)度的線性關(guān)系越好，且線性范圍越寬。0 2 4 6 8 10I/mAL/klx50Ω100Ω1000Ω5000ΩRL=0將光電池用作測量元件時，是作為電流源使用的，利用的是其短路電流與光照度呈線性關(guān)系的特點(diǎn)。圖中硅光電池與運(yùn)算放大器相連，處于零偏置狀態(tài)，其等效負(fù)載電阻為零，因此這種電路也稱為零偏置電路。此時運(yùn)算放大器的輸出電壓等于硅光電池短路電流Isc與放大器反饋電阻 R1的乘積，即Uo=IscR1上式描述了運(yùn)算放大器輸出電壓與入射光照度之間具有良好的線性關(guān)系。光敏二極管：二，光敏二極管 光敏二極管 (photodiode)又稱光電二極管，是一種半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件，其基本工作原理是當(dāng)光照射半導(dǎo)體的 PN結(jié)時， 在反向電壓的作用下 ，其反向電流隨光照度變化而變化，實(shí)現(xiàn)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能。光敏二極管響應(yīng)速度快，體積小，價格低，堅(jiān)實(shí)耐用。與普通二極管相比，光敏二極管的特點(diǎn)是結(jié)面積較大。施加反向電壓P N光光敏二極管符號RL P N普通的 PN結(jié)型光敏二極管的暗電流較大，響應(yīng)速度也不快，在要求響應(yīng)速度快，線性度好和微弱信號檢測的測量系統(tǒng)中常采用 PIN型光敏二極管和雪崩型光敏二極管。PIN型光敏二極管與 PN結(jié)型光敏二極管不同之處在于其 P區(qū)和 N區(qū)之間加入一層本征材料 I層，以增加對光的本征吸收。因此，與 PN結(jié)型光敏二極管相比， PIN型光敏二極管具有靈敏度高，線性度好，響應(yīng)速度快，噪聲低，暗電流小等特點(diǎn)。（ 1） PIN型光敏二極管PSiNSiISiPIN管結(jié)構(gòu)示意圖（ 2）雪崩型光敏二極管雪崩型光敏二極管 (APD)是基于雪崩效應(yīng)的光敏二極管，具有自身的電流增益。其工作原理是利用高反向偏置電壓，在 PN結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個很強(qiáng)的電場，當(dāng)光照射 PN結(jié)
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