光敏功能材料及传感器ppt课件.ppt

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1、光敏功能材料及传感器光敏材料能够将非电量的光信号转换成可检测的电量，利用具有这种特性的材料制成的传感器。光电传感器由光引起的电效应内光－电效应外光－电效应光生伏特效应光照作用下使电子逸出物体表面的现象如：光电管、光电倍增器等光的作用仅使物体的电阻率改变的现象如：光敏电阻光照作用下使物体产生一定的电势如：光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏晶体管等光敏功能材料及传感器利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的原理制成的光电器件称内光电效应器件，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。一、内光电效应器件（一）光敏电阻(光导管)纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。优

2、点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。不足：需要外部电源，有电流时会发热。1、光敏电阻的结构A金属封装的硫化镉光敏电阻结构图光导电材料绝缘衬底引线电极引线光电导体为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，结构见下图。光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。1--光导层;2--玻璃窗口;3--金属外壳;4--电极;5--陶瓷基座;6--黑色绝缘玻璃;

3、7--电阻引线。(b)电极RG(c)符号光敏电阻的制作方式CdS光敏电阻的结构和符号（硫化镉）1234567(a)结构是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金（Au）或铟（In））等金属形成的。这种梳状电极，由于在间距很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积，所以提高了光敏电阻的灵敏度。图（c）是光敏电阻的代表符号。光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此要将光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小，其连线电路如图所示。RGRLEI光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳

4、定、价格便宜，因此应用比较广泛。光敏电阻的制作方式2、光敏电阻的主要参数和基本特性（1）暗电流、亮电流、光电流暗电流(Id)：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流称为暗电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时在给定电压下流过的电流称为亮电流。光电流(IL)：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小,则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～10

5、6之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。（2）光照特性下图表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光照度之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同.1000012345I/mAE/lx2000但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。Lx:照度的国际单位（SI），又称米烛光。1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度，就是一勒克斯。可以标作勒［克斯］，简称勒。英为lux，简作lx。2、光敏电阻的主要参数和基本特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰

6、值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。204060801000.40.81.21.622.4λ/μm312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅（3）光谱特性2、光敏电阻的主要参数和基本特性在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压

7、和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。5010015020012U/V02040I/μA（4）伏安特性2、光敏电阻的主要参数和基本特性当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同。如图。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电