1.3.3-光电二极管（教案）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电出版社）

教案 编号：PTzZ-169 流水号：168 （首页）共 4页 课程 《电子技术基础》 一体化 理论 章节（课题）及内容 光电二极管 班级日期 中职 2024.04 授课方式 讲授与任务驱动相结合 课时 1 作业题数 1 拟用时间 40分钟 教学目标 使学生理解以下理论知识： · 了解光电二极管的基本结构和光电转换原理。 · 认识光电二极管的工作特性和主要参数。 · 学会使用光电二极管设计简单的光检测电路。 教学资源准备 多媒体设备 课本教材 学生练习素材 教学重点 1. 光电二极管的基本结构和光电转换原理。 2. 光电二极管的工作特性和主要参数。 3. 光电二极管的典型应用。 教学难点 1. 光电转换原理的理解。 2. 光电二极管在复杂电路中的应用分析。 教学方法 讲授法、任务驱动法、演示法、体验探究法等。 1. 实验探究法：通过实验观察光电二极管的响应特性，培养学生的动手能力和科学探究精神。 2. 仿真分析法：利用仿真软件模拟光电二极管电路的工作状态，帮助学生理解光电二极管的工作原理。 3. 分析讨论法：引导学生分析光电二极管的参数和典型应用，讨论如何设计光电二极管电路。 授课教师： 审阅签名： 教学过程 教学活动内容 时间分配教学方法 课前导入 1. 提问导入：回顾二极管的单向导电性，引出光电二极管的学习。 2. 情境导入：介绍光电二极管在光通信、激光测距、光控开关等领域的应用，激发学生的学习兴趣。 2分钟 讲授新课 练习指导 光电二极管是一种常用的光敏器件，它具有一个PN结的半导体器件。光电二极管的核心部分是一个PN结，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光电二极管的工作原理是基于内光电效应。当光照射在光电二极管上时，光子能量被PN结中的原子吸收，导致电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。这些电子-空穴对在反向偏置电压的作用下，从PN结中分离并向相反的方向移动，从而在电路中产生电流。这种电流被称为光电流，它与光的强度成正比。 光电二极管工作在反向偏置条件下，即光电二极管的p-侧与电池(或电源)的负极相连，n-侧与电池的正极相连。当光子能量足够大（大于1.1eV）时，才能产生电子-空穴对，并在反向偏置电压下产生光电流。 总的来说，光电二极管的基本结构是一个PN结，它通过内光电效应将光信号转换成电信号。当光照射在光电二极管上时，产生电子-空穴对，这些对在外加反向偏置电压的作用下产生光电流，光的强度越大，反向电流也越大。 光电二极管的工作特性主要包括其响应度、响应时间、暗电流和光谱响应范围。 1. **响应度**：响应度（Responsivity）是光电二极管的一个重要参数，它表示光电二极管将光信号转换为电信号的效率。响应度通常定义为光电二极管输出的光电流与入射光功率的比值，单位是A/W（安培每瓦特）。 2. **响应时间**：响应时间（Response Time）描述了光电二极管从接收到光照到产生稳定光电流所需的时间。响应时间越短，光电二极管的响应速度越快。 3. **暗电流**：暗电流（Dark Current）是指在无光照条件下，光电二极管在反向偏置电压下产生的电流。暗电流越小，光电二极管的噪声水平越低，检测灵敏度越高。 4. **光谱响应范围**：光谱响应范围（Spectral Response Range）是指光电二极管对不同波长光的响应能力。不同材料的光电二极管有不同的光谱响应范围。 光电二极管的主要参数还包括正向压降、反向击穿电压、最大功耗等。 设计简单的光检测电路时，通常需要以下步骤： 1. **选择光电二极管**：根据所需的光谱响应范围、响应速度和灵敏度选择合适的光电二极管。 2. **确定偏置电压**：光电二极管通常在反向偏置模式下工作，偏置电压的选择应确保光电二极管在最大灵敏度下工作，同时不超过其最大反向击穿电压。 3. **设计电路**：设计一个包含光电二极管、电阻和电源的简单电路。电阻用于设置光电二极管的工作电流，电源提供必要的偏置电压。 4. **连接电路**：将光电二极管按照电路图连接到电路中，确保光电二极管的感光面朝向光源。 5. **测试和调整**：打开电源，用光照射光电二极管，测量电路的输出电压或电流，根据需要调整偏置电压或电阻值。 通过以上步骤，可以设计并构建一个简单的光检测电路，用于检测光信号的存在与否，或者测量光的强度。这种电路在光通信、环境监测、光控开关等领域有广泛的应用。 10分钟 7分钟 自主学习 8分钟 练习训练 · 什