系统硬件模块设计与实现

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1、3系统硬件模块设计与实现3．1光电模块设计与实现光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。光敏器件可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。因此光敏器件在自动化技术中起着极其重要的作用。3.1.1光敏三极管符号及原理光敏电阻受光照后，其阻值会变小。光敏电阻的符号如图3.1所示，用来制作光敏电阻的典型材料有硫化锡(CdS)及硒化锡(CdSe)两种。光敏电阻的CdS或CdSe沉积膜面积越大，其受光照后的阻值变化也大，故通常将沉积膜做成“弓”字形，以增大其面积。光敏电阻工作时的

2、响应速度较慢，如CdSe光敏电阻的响应时间约为l0ms,CdS的响应时间约为100ms。因此，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。图3.1光敏三极管的符号光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管与人眼的感光特性曲线如图3.2所示。图3.2光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管与人眼的感光特性曲线3系统硬件模块设计与实现3．1光电模块设计与实现光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。光敏器件可以用来以可见光或红外光的形式控制报警器、测试仪、自动开关、继电器等多种装置或执行机构。因此光敏器件在自动化技术中起着极其重要的作用。3.1

3、.1光敏三极管符号及原理光敏电阻受光照后，其阻值会变小。光敏电阻的符号如图3.1所示，用来制作光敏电阻的典型材料有硫化锡(CdS)及硒化锡(CdSe)两种。光敏电阻的CdS或CdSe沉积膜面积越大，其受光照后的阻值变化也大，故通常将沉积膜做成“弓”字形，以增大其面积。光敏电阻工作时的响应速度较慢，如CdSe光敏电阻的响应时间约为l0ms,CdS的响应时间约为100ms。因此，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。图3.1光敏三极管的符号光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管与人眼的感光特性曲线如图3.2所示。图3.2光敏电阻、光

4、敏二极管、光敏三极管与人眼的感光特性曲线从图3.2中可见CdS光敏上电阻的特性与人眼最为接近，因此，CdS光敏电阻比较适合用于照相机曝光表、空气烟尘检测器等可见光装置。光敏二极管、三极管的最佳响应特性在红外区(但目前，有些日光型的光敏二极管、三极管的特性与人眼的视觉特性更趋接近)，因此，光敏二极管、三极管最适合用于红外遥控系统、红外光束阻断报警器等装置。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图3.3所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电

5、阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子--空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。图3.3光敏三极管的实物图3.1.2光敏三极管的应用电路及型号光敏三极管的三极管基极不是引线，而是通过一块聚光镜，将光聚集在发射

6、结的内电场的动态平衡，使发射极电流发生变化。光敏三极管的基本应用电路如图3.4所示。图3.4光敏三极管的基本应用电路光敏三极管型号规格有8mm、5mm、3mm、2mm等不同尺寸，封装有金属、环氧、陶瓷等材料，外形有平头、凸头等，由硅材料组成，光敏三极管峰值波长880NM能接收自然光及红外光，在一般检测电能及光电转换装置中作为接收元件，能完成各种需要的自动转换信号。光敏三极管常用的型号及参数如表3.1所示。表3.1常用光敏三极管型号及参数型号最高工作电压（V）暗电流（μA）亮电流（mA）峰值波长（nM）3DU2A15<0.5

7、>0.29003DU2B30<0.1>0.39003DU2C30<0.1>19003DU5A15<1>29003DU5B30<0.5>29003DU5C30<0.2>39003DU5S-A15<1>19003DU5S-B30<0.5>29003DU5S-C30<0.2>39003DU815<1>1900光敏二极管和三极管的基本特性很多，如光谱特性、伏安特性、温度特性等，这里仅介绍其光照特性。图3.6为硅光敏管的光照特性曲线。图3.6(a)光敏二极管光照特性曲线图3.6(b)光敏三极管光照特性曲线从图3.6(a)中可以看出，

8、光敏二极管的光照特性曲线线性比较好。而如图3.6(b)所示，三极管在照度较小时，光电流随照度增加较小，而在大电流（光照度为几千勒克斯）时出现饱和现象（图中未画出），因为三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都要下降。光敏二极管的光电流小，输出特性线性度好，响应时间快；光敏三极管的光电流大，输出特性线性度