Biến tử quang điện và một số ứng dụng

tr-ờng đại học vinh khoa vật lý - nguyễn thị việt hà BIếN Tử QUANG ĐIệN Và MộT Số ứNG DụNG khoá luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành: điện tử viễn th«ng Vinh - 6/2009 LỜI MỞ ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu phát triển ngày nhanh công nghệ thông tin nhƣ lĩnh vực khoa học khác nhau, kỹ thuật quang - điện tử có bƣớc tiến nhảy vọt đạt đƣợc nhiều thành tựu bật Hiện nay, thiết bị quang - điện tử, linh kiện bán dẫn với tính năng, cơng dụng khác đƣợc ứng dụng rộng rãi thực tế Trong số thiết bị điện tử đƣợc sử dụng thƣờng có linh kiện nhƣ: quang trở, photodiode, phototranzito, tế bào quang điện…hay gọi biến tử quang điện Việc nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động chúng nhằm mục đích hƣớng tới thiết kế, chế tạo hệ mạch dùng lĩnh vực thông tin liên lạc, tự động hoá, đặc biệt đo lƣờng…đã tạo tiền đề để phát triển cho ngành khoa học cơng nghệ khác Đây lý chọn đề tài "Biến tử quang điện số ứng dụng" làm khoá luận Nội dung khoá luận gồm chƣơng: Chƣơng I : Những khái niệm kĩ thuật đo lƣờng Chƣơng II : Biến tử quang điện Chƣơng III : Ứng dụng biến tử quang điện Chƣơng IV : Thực hành thí nghiệm Tơi mong nhận đƣợc quan tâm đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn sinh viên Tôi xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày tháng năm NGUYỄN THỊ VIỆT HÀ CHƢƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KĨ THUẬT ĐO LƢỜNG 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Đo lƣờng Đo lƣờng trình đánh giá định lƣợng đại lƣợng cần đo để có kết số so với đơn vị đo * Kết đo đƣợc biểu diễn dƣới dạng: A X  X  A.X o Xo Trong : X - đại lƣợng đo Xo - đơn vị đo A - số kết đo 1.1.2 Phép biến đổi đo Phép biến đổi đo phƣơng pháp cho ta nhận đƣợc ánh xạ giá trị đại lƣợng vật lý giá trị đại lƣợng vật lý khác có phụ thuộc hàm số với * Phƣơng trình biểu diễn mối quan hệ đại lƣợng đầu vào đại lƣợng đầu ra: Y = f (X) Trong : X - đại lƣợng đầu vào (không mang chất điện) Y - đại lƣợng đầu (mang chất điện) 1.1.3 Biến tử đo (cảm biến) Biến tử đo thiết bị kỹ thuật xây dựng dựa nguyên tắc vật lý xác định (tức dựa hiệu ứng vật lý xác định) để thực phần phép biến đổi đo cách trung thực, xác thơng tin cần đo Mỗi biến tử đo đƣợc cấu tạo cho nhạy cảm với đại lƣợng vật lý số nhiều đại lƣợng vật lý tác dụng vào nó, đại lƣợng đƣợc gọi đại lƣợng vào tự nhiên 1.1.4 Bộ cảm biến (đầu đo - sensor) Bộ cảm biến tập hợp cấu trúc gồm nhiều biến tử đo, đặt trực tiếp gần đối tƣợng đo * Cảm biến tích cực Cảm biến tích cực hoạt động nhƣ máy phát dựa hiệu ứng vật lý để biến đổi dạng lƣợng (cơ, nhiệt, quang, xạ) thành dạng lƣợng điện; đại lƣợng đầu vào điện tích q, hiệu điện U hay dòng điện I * Cảm biến thụ động Cảm biến thụ động đƣợc chế tạo từ trở kháng có thơng số chủ yếu nhạy cảm với đại lƣợng cần đo; đại lƣợng đầu vào điện trở R, điện cảm L, điện dung C Trở kháng Z phụ thuộc vào: - Kích thƣớc hình học mẫu - Tính chất điện vật liệu: điện trở suất ρ , độ từ thẩm μ , số điện môi ε 1.2 PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP ĐO - THIẾT BỊ ĐO 1.2.1 Phân loại phƣơng pháp đo a, Phương pháp đo biến đổi thẳng Là phƣơng pháp đo có cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa khơng có khâu phản hồi X BĐ X0 X A/D X0 Nx SS N0 Hình 1: Quá trình đo biến đổi thẳng Nx/N0 Đại lƣợng cần đo X đƣợc đƣa qua khâu biến đổi (BĐ, A/D) biến đổi thành số Nx Đơn vị đại lƣợng đo X0 đƣợc biến đổi thành N0 Sau đó, đại lƣợng đo đơn vị đo đƣợc so sánh với qua so sánh (SS) Quá trình đƣợc thực phép chia Nx No Kết đo đƣợc thể biểu thức dƣới dạng: X Nx No X o Quá trình đo nhƣ đƣợc gọi trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thực trình đƣợc gọi thiết bị đo biến đổi thẳng b, Phương pháp đo kiểu so sánh Là phƣơng pháp đo có cấu trúc theo kiểu mạch vịng, nghĩa có khâu phản hồi X SS ΔX CT BĐ Xk A/D Nk D/A Hình 2: Quá trình đo kiểu so sánh Tín hiệu đo X đƣợc so sánh với tín hiệu Xk tỷ lệ với đại lƣợng mẫu X0 Qua so sánh ta có: X X k  ΔX Quá trình đo nhƣ đƣợc gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh (hay thiết bị bù) Tuỳ thuộc vào cách so sánh mà ta có phƣơng pháp sau: * So sánh cân Là phép so sánh mà đại lƣợng cần đo X đại lƣợng Xk đƣợc so sánh với cho Δ X = Hay: X = Xk = Nk.X0 Nhƣ vậy, Xk đại lƣợng thay đổi cho X thay đổi đạt đƣợc kết nhƣ trên, nghĩa phép so sánh trạng thái cân * So sánh không cân Nếu Xk đại lƣợng không đổi: X = Xk + Δ X * So sánh không đồng thời Là phƣơng pháp đo mà giá trị đo X đƣợc thay đại lƣợng Xk Các giá trị X Xk đƣợc đƣa vào thiết bị không thời gian Thông thƣờng, Xk đƣợc đƣa vào khắc độ trƣớc, sau qua vạch khắc độ để xác định giá trị đại lƣợng đo * So sánh đồng thời Là phƣơng pháp so sánh giá trị X Xk lúc Khi X Xk trùng qua Xk ta xác định đƣợc giá trị đại lƣợng X 1.2.2 Thiết bị đo Là thể phƣơng pháp đo khâu chức cụ thể Do đó, thiết bị đo thƣờng đƣợc chia thành loại: a, Mẫu Là thiết bị đo để khôi phục đại lƣợng vật lý định Đây thiết bị đo đơn giản nhƣng có độ xác cao từ 0,001%  0,1% tuỳ theo cấp, loại b, Dụng cụ đo lường điện Là dụng cụ đo lƣờng điện để gia công thông tin đo lƣờng thể kết dƣới dạng số, đồ thị bẳng số Tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu thị, dụng cụ đo đƣợc chia thành loại: * Dụng cụ đo tương tự (analog) Là dụng cụ đo mà kết đo hàm liên tục đại lƣợng đo * Dụng cụ đo thị số (digital) Là dụng cụ đo mà đại lƣợng đo liên tục đƣợc biến đổi thành rời rạc kết đo đƣợc thể số c, Chuyển đổi đo lường Là thiết bị dùng để biến đổi tín hiệu đo đầu vào thành tín hiệu thuận lợi để biến đổi tiếp theo, truyền đạt, gia công, lƣu trữ nhƣng không quan sát đƣợc Có loại chuyển đổi:  Chuyển đổi đại lƣợng điện thành đại lƣợng không điện: A/D, D/A  Chuyển đổi đại lƣợng không điện thành đại lƣợng điện: biến đổi sơ cấp phận đầu đo biến tử d, Hệ thống thông tin đo lường Là tổ hợp thiết bị đo thiết bị phụ để tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lƣờng qua khoảng cách theo kênh liên lạc chuyển dạng để tiện cho việc đo điều khiển Hệ thống thông tin đƣợc chia thành nhiều nhóm: hệ thống đo lƣờng, hệ thống kiểm tra tự động, hệ thống chuẩn đoán kỹ thuật, hệ thống nhận dạng, hệ thống tổ hợp đo lƣờng tính tốn 1.3 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA DỤNG CỤ ĐO 1.3.1 Giới hạn biến đổi ngƣỡng nhạy * Giới hạn biến đổi Là giá trị cực đại đại lƣợng vào mà biến tử nhận đƣợc không gây méo phi tuyến làm hỏng biến tử Kí hiệu: XH * Ngưỡng nhạy Là giá trị cực tiểu đại lƣợng vào mà biến tử cịn xác định đƣợc đại lƣợng cách tin cậy Kí hiệu: X0 1.3.2 Độ nhạy * Độ nhạy S xung quanh giá trị khơng đổi xi đại lƣợng đo đƣợc xác định tỷ số biến thiên Δy đại lƣợng đầu Δx đại lƣợng đầu vào tƣơng ứng: S Δy Δx x  x i Đơn vị: phụ thuộc vào nguyên lý làm việc cảm biến đại lƣợng liên quan Ví dụ: cảm biến nhiệt điện trở đơn vị độ nhạy: Ω/ C , cảm biến cặp nhiệt điện: μV/ C * Nếu dụng cụ đo gồm nhiều biến tử đo độ nhạy tồn phần: n S  S  S    S   Si n i 1 1.3.3 Độ nhanh - Thời gian hồi đáp * Độ nhanh Là đặc trƣng cảm biến, cho phép đánh giá đại lƣợng đầu Y có theo kịp đầu vào X hay khơng * Thời gian hồi đáp Là đại lƣợng đƣợc sử dụng để xác định giá trị số độ nhanh Đối với dụng cụ tƣơng tự, thời gian 4s Còn dụng cụ số, đo đƣợc hàng nghìn điểm đo 1s 1.3.4 Độ tin cậy Độ tin cậy dụng cụ đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Độ tin cậy linh kiên sử dụng - Kết cấu dụng cụ không phức tạp - Điều kiện làm việc Độ tin cậy đƣợc xác định thời gian làm việc tin cậy điều kiện cho phép có phù hợp với thời gian quy định khơng Đây đặc tính quan trọng dụng cụ đo 1.4 SAI SỐ VÀ PHÂN LOẠI SAI SỐ 1.4.1 Sai số phép đo Sai số phép đo chênh lệch kết đo với giá trị thực đại lƣợng đo Giá trị thực giá trị xác dịnh đầy đủ lƣợng nhƣ chất đại lƣợng đo Giá trị khơng nhận đƣợc mà tiệm cận với giá trị thực Để đánh giá phép đo, ngƣời ta đánh giá qua sai số Để đánh giá đƣợc sai số, thực tế phải thay giá trị thực giá trị gần với giá trị thực gọi giá trị thực tế 1.4.2 Phân loại sai số a, Căn theo phương pháp biểu diễn * Sai số tuyệt đối Là hiệu số đại lƣợng cần đo X giá trị thực Xth đại lƣợng cần đo: Δ X = X - Xth Sai số tuyệt đối có thứ nguyên đại lƣợng cần đo âm dƣơng * Sai số tương đối Đƣợc tính phần trăm tỷ số sai số tuyệt đối giá trị thực đại lƣợng cần đo: ΔX ΔX γ   100%   100% x X X th Sai số tƣơng đối khơng có thứ ngun, đặc trƣng cho chất lƣợng phép đo * Sai số quy đổi Là tỷ số sai số tuyệt giá trị lớn thang đo sử dụng: ΔX β X max % * Độ xác phép đo đƣợc định nghĩa nhƣ đại lƣợng nghịch đảo modul sai số tuyệt đối: ε X th ΔX  γx b, Căn theo nguyên nhân gây sai số * Sai số hệ thống Là sai số mắc phải thực phép đo nhiều lần điều kiện đo nhƣ mà sai số phép đo không thay đổi thay đổi theo quy luật Nguyên nhân:  Do giá trị đại lƣợng chuẩn không  Do điều kiện chế độ sử dụng  Do xử lý kết đo * Sai số ngẫu nhiên Là sai số mắc phải thực phép đo nhiều lần điều kiện đo nhƣ mà kết thay đổi không theo quy luật Nguyên nhân:  Do tính khơng xác định đặc trƣng thiết bị, tính linh động thiết bị  Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên  Do đại lƣợng ảnh hƣởng * Sai số thơ (sai sót) Là loại sai số mắc phải kết đo lệch khỏi giá trị cần đo chấp nhận đƣợc, ta phải phát loại trừ 10 - RF + Φ + - R Uv I t Ura R1 Φ Hình 29: Sơ đồ đo dòng ngƣợc chế độ quang dẫn  R  Theo sơ đồ, điện áp ra: U  R I 1 F  t   Rl  Trong chế độ này, tăng điện trở Rt làm giảm nhiễu Tổng trở vào khuếch đại phải lớn để tránh làm giảm điện trở tải hiệu dụng điôt 3.2.2 Trong chế độ quang * Đặc điểm  Có thể làm việc chế độ tuyến tính logarit tuỳ thuộc vào tải  Ít nhiễu  Nhạy cảm hồi đáp lớn  Dải thông lớn  Nhạy cảm với nhiệt độ chế độ logarit * Sơ đồ logarit đo Uhm R F + I - Φ U Φ R1 Ura Hình 30: Sơ đồ logarit đo hở mạch 40 Theo sơ đồ: U  R   U 1 F  Φ R   l   kT I Φ  q I  Trong đó: U  U  Φ hm  kT ln I Φ  q I0 (khi ánh sáng yếu) (khi ánh sáng mạnh) * Sơ đồ tuyến tính để đo Ingm R + Rt Ura Hình 31: Sơ đồ tuyến tính đo dòng ngắn mạch Theo sơ đồ: Ura = Rt Ingm Trong đó: I ngm  I Φ 3.3 ỨNG DỤNG CỦA PHOTOTRANZITO Phototranzito dùng làm chuyển mạch, làm phần tử tuyến tính 3.3.1 Trong chế độ chuyển mạch Ở chế độ chuyển mạch, có ƣu điểm so với photođiot cho phép điều khiển cách trực tiếp dòng chạy qua tƣơng đối lớn Ngƣời ta sử dụng thông tin dƣới dạng nhị phân: có hay khơng có ánh sáng, ánh sáng lớn hay nhỏ ngƣỡng chiếu sáng Tranzito khoá hay thông cho phép điều khiển trực tiếp qua khuếch đại nhƣ Rơle, điều khiển cổng logic thyristo 41 +ECC +ECC +ECC R1 NAND I   I oΦ  R2 Hình 32: Phototranzito chế độ chuyển mạch để điều khiển a, Rơle b, Mạch logic c, Thyristo Tốc độ chuyển mạch bị giới hạn điện trở phototranzito Nhƣng tốc độ đƣợc cải thiện cách nối tiếp phototranzito với chuyển đổi dòng - mạch lặp theo sơ đồ bazơ chung 3.3.2 Trong chế độ tuyến tính Ở chế độ tuyến tính, có ƣu điểm cho độ khuếch đại lớn nhƣng ngƣời ta thích dùng photođiot photođiot có độ tuyến tính tốt * Đo ánh sáng khơng đổi, sử dụng nhƣ + Luxmet * Nhận tín hiệu thay đổi dạng: Φt  Φo  Φ1t  với điều kiện: Φt  có biên độ nhỏ để khơng dẫn tới tình trạng phototranzito bị chắn bị bão hồ Mặt khác, để coi độ nhạy khơng đổi Hình 33: Luxmet 42 CHƢƠNG IV: THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TẮT MỞ ĐÈN THEO ÁNH SÁNG Bộ điều khiển LC - 866 cho phép tự đóng tắt mở đèn theo ánh sáng sử dụng để tự động đóng ngắt đèn bảo vệ ngày đêm sử dụng để điều khiển thiết bị khác 4.1 Cấu tạo Hình 34: Sơ đồ điều khiển tắt mở đèn theo ánh sáng Bộ tắt mở đèn theo ánh sáng bao gồm: - Cảm biến ánh sáng quang trở FR hoạt động dựa hiệu ứng quang điện nội - Rơle điều khiển công suất RL1 - Tranzitor T1 (D768) phân cực ngƣợc - Đèn LAMP1 đƣợc nối với nguồn 24 V Trong mạch này, ta sử dụng khuếch đại so sánh IC1 (LM 741) Bộ khuếch đại thuật toán đƣợc biểu diễn nhƣ sau: 43 IP P Ud Uv N UN IN +E + Ir - -E Ur Hình 35: Bộ khuếch đại thuật toán Giữa khuếch đại thuật toán khuếch đại thông thƣờng khác Cả hai loại đƣợc dùng để khuếch đại điện áp, dịng điện cơng suất Nhƣng tính chất khuếch đại thơng thƣờng phụ thuộc vào kết cấu bên mạch tính chất khuếch đại thay đổi đƣợc cách thay đổi linh kiện mắc mạch ngồi * Một khuếch đại thuật tốn lý tƣởng có tính chất sau: - Trở kháng vào lớn: Zv =  - Trở kháng nhỏ: Zr = - Hệ số khuếch đại lớn: K0 =  - Có thể khuếch đại đƣợc tín hiệu chiều: f = - Độ trội không không: Uv = Ur = * Nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại thuật toán nhƣ sau: Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp Ud = UP - UN với hệ số khuếch đại K0 > Do đó, điện áp ra: Ur = K0 Ud = K0 (UP - UN)  Nếu UN = Ur = K0 UP Khi này, điện áp Ur pha với điện áp vào UP nên ngƣời ta gọi cửa P cửa vào không đảo hay cửa vào thuận khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu " + " 44  Nếu UP = Ur = - K0 UN Khi này, điện áp Ur ngƣợc pha với điện áp UN nên ngƣời ta gọi cửa N cửa vào đảo khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu " - " Ngồi ra, cịn có hai cửa khác để đấu với nguồn cung cấp đối xứng  E * Một số ứng dụng IC khuếch đại thuật toán lý tƣởng: a, Mạch khuếch đại đảo Rht Iht Iv Uv R1 - IN Ud Ur + Hình 36: Bộ khuếch đại đảo Ở đây, ta sử dụng Rht để thực mạch hồi tiếp âm điện áp song song Vì khuếch đại thuật toán lý tƣởng nên: Uv  I  0  Z v    N Z v   K o    U  U r   d K o Phƣơng trình dịng điện nút N: I I I I  v N ht ht  U v  Ud R1 U Ur U U  d  v  r R ht R1 R ht R   ht Uv R1 Ur Hệ số khuếch đại khuếch đại có hồi tiếp âm: Kd  R   ht  K o Ud R1 Ur Vậy hệ số khuếch đại hệ thống giảm có hồi tiếp âm 45 Trở kháng vào mạch : U U Z v  v  v  R1 Iv Uv R1 b, Mạch khuếch đại không đảo Rht - Ur Ud Ud + R1 Hình 37: Mạch khuếch đại khơng đảo Mạch khuếch đại không đảo gồm mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo, cịn tín hiệu đặt vào đầu vào khơng đảo Vì khuếch đại thuật toán lý tƣởng: U K0 =  nên U d  r  Ko Do đó, U v  U P  U N   R1 U R1  R ht r R R  ht Uv R1 Ur Hệ số khuếch đại mạch: Kk  R 1 ht Uv R1 Ur Trở kháng vào khuếch đại điện trở vào hiệu Zv = Rd =  điện áp vào Uv đƣợc đặt trực tiếp vào cửa vào thuận 46 c, Mạch cộng * Mạch cộng đảo U1 U2 Un I1 R1 I2 R2 Iht In Rn IN Rht - Ud Ur + Hình 38: Mạch cộng đảo Vì khuếch đại đảo lý tƣởng nên: IN = 0, Ud = Xét mạch vào: I  I   I n U U U U   r     n R ht R1 R Rn I ht Chọn R1 = R2 = …= Rn  Ur = - (U1 + U2 +…+Un) * Mạch cộng không đảo U1 U2 Un I1 R I2 R In R Rht Iht - Ur Ud + R1 Hình 39: Mạch cộng khơng đảo Vì mạch khuếch đại khơng đảo lý tƣởng nên: I P  0, U P  U N  Xét mạch vào: 47 R1 U R1  R ht r I  I   I  I  n P U U U UP U UP  P   n 0 R R R nR1  U1  U   U n  nU P  U R1  R ht r R R  U  ht U1  U   U n r nR1  Chọn  R1  R ht 1 U r  U1  U   U n nR1 d, Mạch trừ U1 R  R /α N a RN - Ur + U2 R  R /α P b RP Hình 40: Mạch trừ Theo định lý xếp chồng: Ur = K1 U1 + K2 U2 * Cho U1 tác động, U2 = Khi đó, mạch làm việc nhƣ mạch khuếch đại đảo với hệ số khuếch đại: R K   N  α d a R1  U  α U  K  α r1 a 1 a * Cho U2 tác động, U1 = Khi đó, mạch làm việc nhƣ mạch khuếch đại không đảo với hệ số khuếch đại: 48 R K 1 N 1 α k a R1 RP  U r  1 α a U P  1 α a U R R P 1 α a α b 1 α a α b U  U K  r2 2 1 α b 1 α b         1 α a α b U Vậy U r   α a U1  1 α b Chọn α a α b α U r αU  U1  4.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển tắt mở đèn theo ánh sáng * Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở FR điện trở giảm Vì FR đƣợc mắc vào cửa đảo khuếch đại đảo nên điện trở FR giảm điện trở vào cửa đảo giảm; làm sụt lối vào " - " so sánh IC1 thấp ngƣỡng, đƣợc chọn biến trở P1 Khi đó, lối chân mức cao làm T1 thơng RL1 bị đóng Vì vậy, đèn LAMP1 đƣợc nối với tiếp điểm thƣờng đóng NC nên khơng sáng * Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở điện trở tăng nên điện trở vào cửa đảo tăng; làm sụt lối vào " - " so sánh IC1 cao ngƣỡng Khi đó, lối chân mức thấp làm T1 tắt RL1 bị ngắt Vì vậy, đèn LAMP1 sáng Ở đây, R4 điện trở hồi tiếp đƣa phản hồi "dƣơng" trở lại lối vào, có tác dụng làm IC1 chuyển trạng thái dứt khoát 49 KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận đƣợc hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo khoa Vật lý đặc biệt thầy Dƣơng Kháng Và với cố gắng tìm hiểu tài liệu, làm thí nghiệm thân, tơi hồn thành khố luận với đề tài: "Biến tử quang điện số ứng dụng" Do thời gian làm khố luận khơng nhiều, trình độ khả cịn hạn chế nên khố luận khơng tránh khỏi khiếm khuyết thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy giáo bạn sinh viên để tơi học hỏi, rút kinh nghiệm hoàn thiện Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo, bạn sinh viên khoa Vật lý ngƣời thân tạo điều kiện, động viên để tơi hồn thành tốt khố luận Đặc biệt, muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn Dƣơng Kháng thầy Nguyễn Thế Tân giúp đỡ tơi tận tình suốt q trình tơi làm khố luận 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật lý kỹ thuật - Đặng Hùng - NXB Giáo dục Giáo trình cảm biến - NGUYỄN QUỐC PHÔ (chủ biên) - NXB khoa học kỹ thuật Giáo trình đo lƣờng đại lƣợng điện khơng điện - NGUYỄN VĂN HỒ - NXB Giáo dục Linh kiện điện tử bán dẫn - T.S NGUYỄN VIẾT NGUYÊN - NXB Giáo dục www.vatlyvietnam.org www.back-khoa.org 51 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KĨ THUẬT ĐO LƢỜNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Đo lƣờng 1.1.2 Phép biến đổi đo 1.1.3 Biến tử đo (cảm biến) 1.1.4 Bộ cảm biến (đầu đo - sensor) II PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP ĐO - THIẾT BỊ ĐO 1.2.1 Phân loại phƣơng pháp đo 1.2.2 Thiết bị đo III CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA DỤNG CỤ ĐO 1.3.1 Giới hạn biến đổi ngƣỡng nhạy 1.3.2 Độ nhạy 1.3.3 Độ nhanh - Thời gian hồi đáp 1.3.4 Độ tin cậy IV SAI SỐ VÀ PHÂN LOẠI SAI SỐ 1.4.1 Sai số phép đo 1.4.2 Phân loại sai số CHƢƠNG II: BIẾN TỬ QUANG ĐIỆN I KHÁI NIỆM - PHÂN LOẠI - CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ 10 BẢN CỦA BIẾN TỬ QUANG ĐIỆN 2.1.1 Khái niệm 10 2.1.2 Phân loại 10 52 2.1.3 Các đặc trƣng 10 II ÁNH SÁNG - ĐƠN VỊ ĐO QUANG - NGUỒN SÁNG 11 2.2.1 Ánh sáng 11 2.2.2 Các đơn vị đo quang 13 2.2.2 Các loại nguồn sáng 14 III TẾ BÀO QUANG DẪN (QUANG TRỞ) 16 2.3.1 Cấu tạo 16 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 16 2.3.3 Các đặc trƣng tế bào quang dẫn 19 IV PHOTODIODE (DIODE QUANG ĐIỆN) 22 2.4.1 Vật liệu chế tạo 22 2.4.2 Nguyên lý hoạt động 22 2.4.3 Chế độ hoạt động 25 2.4.4 Độ nhạy 28 V PHOTOTRANZITO 29 2.5.1 Nguyên lý hoạt động 29 2.5.2 Độ nhạy 31 VI TẾ BÀO QUANG ĐIỆN 31 2.6.1 Vật liệu chế tạo 31 2.6.2 Nguyên lý hoạt động 32 2.6.3 Phân loại 32 CHƢƠNG III: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TỬ QUANG ĐIỆN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƢỜNG 3.1 ỨNG DỤNG CỦA TẾ BÀO QUANG ĐIỆN 37 3.2 ỨNG DỤNG CỦA PHOTODIODE 38 3.3 ỨNG DỤNG CỦA PHOTOTRANZITO 40 53 CHƢƠNG IV: THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1 Cấu tạo 42 4.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển tắt mở đèn theo 48 ánh sáng KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 54 ... "Biến tử quang điện số ứng dụng" làm khoá luận Nội dung khoá luận gồm chƣơng: Chƣơng I : Những khái niệm kĩ thuật đo lƣờng Chƣơng II : Biến tử quang điện Chƣơng III : Ứng dụng biến tử quang điện. .. thời qua điện cực, số điện tử thứ cấp phát tăng lên Nếu điện tử sơ cấp va chạm với điện cực giải phóng đƣợc δ điện tử với n điện cực, số điện tử thứ cấp phát δ n Nhƣng thực tế, điện tử phát đến... liệu nguyên lý biến tử quang điện - điện tử - điện tử + Tạp Donor - Tạp Axepto + lỗ trống + lỗ trống Hình 4: Hiệu ứng quang điện * Loại điện tích đƣợc giải phóng chiếu sáng phụ thuộc vào chất vật