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1、Chapter 4 Photoelectric sensor （光电传感器）,In this chapter, we will learn photoelectric effect （光电效应）, the structure, working theory and characteristic of photoelectric component（光电元件）, and application of photoelectric sensor.,In 1905， Albert Einstein, physicist of Germany, used quantum theory of light（
2、光量子学说） to explain photoelectric emission effect, as a result of which he won the Nobel prize in physics in 1921. (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。),1. Photoelectric effect & photoelectric component,The photoelectric effect（光电效应） is a phenomenon that energy contained within the inci
3、dent light in which each photon (光子） carried the energy hf is absorbed by electrons（电子） within the metal, giving the electrons sufficient energy to be emitted from the surface of the metal. Where h=6.62*10-34J.s is Plancks constant（普朗克常数） and f is the frequency of optical radiation (光波的频率）. （用光照射某一物
4、体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。其中, h是普朗克常数, f 是光波的频率。）,External Photoelectric Effect (外光电效应),The ejection of electrons from a solid by incident electromagnetic radiation is known as external photoelectric effect. Photoelectric components (光电元件） based on external photoelec
5、tric effect include ultraviolet photocell, photomultiplier tube, photoelectric image tube (在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应.基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等.),external forms of ultraviolet photocells,当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。 紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。,Ultraviolet radiation(紫外线),1. Light-depe
6、ndent resistor (LDR) (光敏电阻),When LDR was exposed to light, it got a lower resistance value, the phenomenon is called Internal photoelectric effect(内光电效应) (当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。),Demo of LDR,当光敏电阻(LDR)受到光照时，光生电子空穴对增加，阻值减小，电流增大。,暗电流(Dark current)（越小越好）,2. Photosensitive Diode (光敏二极管),将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的
7、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（light current）与照度（illumination intensity) 成正比。,different external forms of Photosensitive Diodes,光敏二极管阵列,Backward bias connection of photosensitive diode (光敏二极管的反向偏置接法),在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。 当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之
8、增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。,Demo of Backward bias connection of photosensitive diode and photoelectric properties,在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。,当光照增加时，光电流I与光照度成正比关系。,Backward bias connection of photosensitive diode,UO,+,light,3. Photosensitive Triode(光敏三极管),光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基
9、极没有引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。),External forms of Photosensitive Triodes (光敏三极管外形 ),Internal structure of Photosensitive Triodes (光敏三极管内部结构),a) internal structure b)管芯结构 c）结构简化图 1pin of collector junction(集电极引脚) 7N-type collector region (N型集电区) 2管芯 8SiO2保护圈 3shell(外壳) 9collector juncti
10、on(集电结) 4collecting glass mirror(玻璃聚光镜) 10P-type base region (P型基区) 5pin of emitter junction(发射极引脚) 11(N-type emitter region) N型发射区 6N+ substrate (N+衬底) 12emitter junction(发射结),Photoelectric characteristic,0,Light,photocurrent (光电流),Photosensitive Triode(光敏三极管),Photosensitive diode(光敏二极管),3000lx,4mA
11、,请判断灵敏度的高低,0.3mA,请计算当E=100lx时，光敏二极管的光电流I,I,E,3.Photosensitive transistor(光敏晶闸管),光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极(positive electrode) a、阴极 (negative electrode) k和门极(gate electrode) g 。 它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的PN结上时，将产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为导通状态。导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维持导通。要切断已触发
12、导通的光敏晶闸管，必须使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流 (load current) 小于其维持电流。 光敏晶闸管的特点是：导通电流 (on-state current) 比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率(output power) 大，可用于工业自动检测控制。,External forms of Photosensitive transistors (光敏晶闸管),Photosensitive Surface (光敏面）,4.Photoelectric component（光电元件)based on photovoltaic effect （光生伏特效应） pho
13、tocell(光电池),在N型衬底(substrate) 上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子(incident photon) 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。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。,External forms of photocells,Photosensitive surface,能提供较大电流的大面积光电池外形,Other photocells and Application
14、 in illumination intensity measuring (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,Photocell -Application in power-related field(光电池在动力方面的应用),Solar-powered cars(太阳能赛车）,A model of solar-powered motor太阳能电动机模型,Solar silicon photocell panels(太阳能硅光电池板),Photocell -Application in power-related field(光电池在动力方面的应用),Solar ele
15、ctrical energy generation(太阳能发电）,Photocell -Application in power-related field(光电池在动力方面的应用),Application in man-made satellites,Photoelectric characteristic of photocell 光电池的光电特性,photoelectric characteristics of a typical silicon photocell(硅光电池） 1curve of open circuit voltage 2curve of short circuit
16、current,Open circuit voltage(开路电压)being a logarithmic performance,Short circuit current(短路电流)being a linear performance,II. Application circuit of photoelectric component (光电元件的基本应用电路 ),1. Basic application circuit of photosensitive resistor(光敏电阻的基本应用电路),a）U与光照变化趋势相同的电路 b）U与光照变化趋势相反的电路,2. Application
