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1、 .采用硅光电池实现光照度计电路设计和分析作者姓名：# # #专业名称：应 用 物 理 学指导教师：# # # 讲师word .摘要 本文通过理论分析与数值比对来确定光照强弱与光电池输出光电信号的关系，并且通过这种关系设计了相应的光电检测电路，更直观展现光伏技术在实际生活中的应用。 随着光伏技术的日渐成熟以及应用的扩展，对光照的研究也日新月异。所以对如何更加准确的测定光照参数也提出了更高的要求。针对不同的要求，如何快速设计出对应的光电探测器，又有了新的课题。本文在此背景下，进行了光照度计电路的设计与分析。 本论文共分四部分：第一部分为光电池特性介绍及实验特性参数，第二部分为电路方案设计和电路实
2、现，第三部分为利用Protel 99SE进行电路设计，第四部分为电路实物制作与调试。关键词：光电池 转换电路 光电效应 伏安特性 AbstractA comparsion between analysis theory and numerical ratio, which can determine the relationship between the intensity of illumination and optical signal of photocell output in this paper. And we design a corresponding circuit of
3、 photoelectric detection by the relationship showing the application of photoelectric technology in our daily life.With the development and widespread of photoelectric technology, fracture treatment has been changing quickly. So there have more high requirements about how to determine the parameter
4、of the light more exactly. As for different requirements, it is a new project to design the corresponding electrophptonic detector. Under this background, this paper discuss design and analysis of the circuit of light meter.There are four parts in this paper：In the first part, it introduce the chara
5、cter of photoelectric cell and characteristic parameter of experiment. The second part is about designing scheme of circuit and realizing the circuit, The third part is using Protel 99SE to design circuit, The fourth part is to manufacture and adjust the circuit. analysis theor随着光伏技术的日渐成熟以及应用的扩展，对光照
6、的研究也日新月异。所以对如何更加准确的测定光照参数变化也提出了更高的要求。针对不同的要求，如何快速设计出对应的光电探测器，又有了新的课题。本文在此背景下，进行了光照度计电路的设计与分析。Keywords: Potoelectric cell, Conversion circuit,Photoelectric effect, Volt-Ampere characteristicword目录摘要IAbstractII目录III前言11 光伏技术的发展历程简介21.1 光伏技术的历程21.2 光伏技术的现状32 硅光电池的工作特性42.1 硅光电池的工作原理42.2 硅光电池的负载特性62.2.1硅
7、光电池零偏和负偏时光电流与输入光信号的关系72.2.2 硅光电池输出接恒定负载时产生的光伏电压与输入光信号的关系83 电路的设计方案103.1 电路的设计要求103.2 电路的方框图103.3 电路的原理图113.4 电路的工作过程114 各单元电路实现124.1 光电池的输入信号电路124.2 电平放大转换电路124.2.1 运算放大器LM741的性能简介134.2.2 同相比例放大电路134.2.3 电平转换串联电路144.3 电平显示电路145 利用Protel对光照度计电路设计155.1 Protel电子绘图软件简介155.2 电路原理图绘制165.2.1 生成电路原理图过程165.2
8、.2 生成BOM表195.2.3 生成网络表Netlist215.2.4 电路ERC表225.3 电路PCB图绘制235.3.1 生成单面PCB图过程235.3.2 电路DRC检测266 光照度计电路制作276.1 电路的焊接276.2 电路的调试及结果27总结30致谢31参考文献32附件1 软件安装说明33Protel的安装与配置33前言1839年，法国科学家贝克雷尔(becurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。随后就引发了人们对太阳能开发的热潮，时至今日，已经有越来越多的光伏产品面世。光伏技术也被应用于科学研究与
9、能源开发方面，例如：光伏发电、半导体照明、光电探测、光通信等。 半导体光电探测技术也在数码摄像、光通信、太阳能电池等领域得到广泛的应用。它能见看不见摸不着的光信号，转化为直观的电信号，为光电研究提供了可靠的探测手段，是目前应用最为广泛的探测技术之一，具有技术先进、非接触式、性能可靠、低碳环保等优点。硅光电池就是科学家们通过多光伏技术研究，所诞生的一种重要的光电转换原件。它具有高效的光电转换效率。利用它的这个特点我们可以对光照进行分析，从而得到可靠的光照数据。 检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测量是否合格或参数量是否存在。本文通过硅光电池的光电效应实现了
10、光信号到电信号的转变，从而为光信号的测量提供了准确可靠的数据。为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号，光电探测器不仅要和被测信号、光学系统相匹配，而且要和后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配，使每个相互连接的器件都处于最佳的工作状态。 本文光照探测电路、转换电路、显示电路进行的设计都是在Protel 99SE上进行，这为电路的制作提供了很好的设计途径，节省了大量的人力物力和财力。同时用Protel 99SE设计电路的也避免了因为电路设计错误，而造成的浪费。比较全面的系统地介绍了硅光电池对光照探测的理论原理和应用基础，取材合适，深度适宜，在理论方面力求简洁易懂，力求紧跟技术发展方向富有启发性
11、。本文从可以发展方向入手，系统的讲解了硅光电池的基本特性、基本应用和发展前景。1 光伏技术的发展历程简介1.1 光伏技术的历程早在1839年，法国科学家贝克雷尔(becurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，效率为6。同年，威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。1973年爆发了中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家，特别是工业发达国家，加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支
12、持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，而且成立了太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。于1978年美国建成了100kwp太阳地面光伏电站。日本1974年公布了政府制定的“阳光计划”。进入21新世纪，光伏技术的应用也越来与广泛，光伏产品也大量出现在了人们的日常生活当中。 表1.1 世界光伏电池发展的主要节点1954美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6%1955第一个光伏航灯问世，美国RAC发明GaAs太阳能电池1958太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8%1959第一个单晶硅太阳能电池问世1960太阳
13、能电池首次实现并网运行1974突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18%1975非晶硅及带硅太阳能电池问世1978美国建成100KW光伏电站1980单晶硅太阳能电池效率达到20%，多晶硅为14.5%，GaAs为2.5%1986美国建成6.5KW光伏电站1990德国提出“2000光伏屋顶计划”1995高效聚光GaAs太阳能电池问世，效率达32%1997美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”,日本提出“新阳光计划”1998单晶硅太阳能电池效率达24.7%荷兰提出“百万光伏屋顶计划”2000太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池1.2 光伏技术的现状光伏产业主要有两
14、大技术路线：晶硅电池和薄膜电池。晶硅太阳能电池是目前发展最成熟、商业化程度最高的产品，市场占有率达90%以上。薄膜电池的技术还在初期发展阶段。在国际光伏发电市场的带动下，我国光伏电池制造产业快速发展，已经形成了从硅材料、器件、生产设备、应用系统等较为完整的产业链。光伏电池转换效率不断提高，制造能力迅速扩大。无论是装备制造还是配套的辅料制造，国产化进程都在加速。在光伏产业链中，有实际产能的多晶硅生产商2030家， 60多家硅片企业，电池企业60多家，组件企业330多家。到2010年底，国内已经有海外上市的光伏产品制造公司16家，国内上市的光伏产品制造公司16家，行业年产值超过3 000多亿元，进
15、出口额220亿美元，就业人数近百万人。 光伏设备制造业逐渐形成规模，为产业发展提供了强大的支撑。在晶体硅太阳能电池生产线的十几种主要设备中，8种以上国产设备已在国内生产线中占据主导地位。其中单晶炉、扩散炉、等离子刻蚀机、清洗制绒设备、组件层压机、太阳模拟仪等已达到或接近国际先进水平，性价比优势十分明显。多晶硅铸锭炉、多线切割机等设备制造技术取得重大进步，打破国外产品的垄断，有些设备开始出口，如扩散炉、层压机等。我国已经掌握了产业链的各个环节中的关键技术，并在不断地创新和发展，如电池技术、多晶硅制造技术等，多晶硅电池的平均出厂效率达到16%。英利、天合、阿特斯、晶澳、韩华、南京中电等国际化公司也都持有自己的专有技术，电池的转换效率均达到世界一流水平，使得我国光伏组件在世界上具有很强的价格竞争力。2 硅光电池的工作特性2.1 硅光电池的工作原理 光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等
