《光电式传感》PPT课件

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1、第8章光电式传感器一.本章主要内容8.1光电效应8.2光电器件及其特点8.3光电式传感器的类型及应用2010年10月15日南5-10114：00-15：40二.教学要求及重点、难点教学要求：1、了解光电效应和光电元件；2、理解光电元件的主要特性和特点。1、熟悉光电式传感器的应用类型2、掌握光电式传感器的常见应用实例重点、难点：光电元件的主要特性和特点8.1光电效应光电效应就是指一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的电效应现象。产生光电效应现象有：电阻率的变化、电子逸出、电动势的变化等。产生光电效应的物质

2、叫光电材料。根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为三类：1外光电效应：在光线照射下，使物体的电子逸出表面的现象，称外光电效应。如光电管、光电倍增管等就是基于外光电效应。根据爱因斯坦光子学说，一个电子只能吸收一个光子的能量，有h:普朗克常数m：电子质量A：电子克服束缚而逸出物体表面所做的功：入射光的频率：电子逸出表面时的初速度当光子能量大于逸出功时，才会产生外光电效应，才会有光电子逸出。当光子能量小于逸出功时，则不能产生外光电效应。当光子能量恰好等于逸出功时，光电子的初速度=0。此时光子相应的单色光频率为，有物质产生光电效应

3、的最低频率，该频率的光对应的波长也称临界波长。2内光电效应（光电导效应）在光线照射下，物体的电阻率发生改变的现象。大多数半导体和绝缘材料都具有光电导效应，而半导体的光电导效应尤为显著。半导体材料的导电能力取决于其内部多数载流子数目，在光线照射下半导体中的价电子受激发变为自由电子，因此参与导电的载流子数目增加，从而半导体的导电率也随之增加。3光生伏特效应物体表面在光线照射下，内部会激发出电子，而不逸出物体表面，仍留在物体内部，并按一定方向产生光生电动势的现象。如光敏二极管、光敏三极管、光电池等。3光生伏特效应：物体表面在光线照射下

4、，内部会激发出电子，而不逸出物体表面，仍留在物体内部，并按一定方向产生光生电动势的现象。如光敏二极管、光敏三极管、光电池等。8.2光电器件及其特点一.光电器件根据光电效应制作的器件称为光电器件，也称光敏器件。光电器件的种类很多，但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。光电器件的种类主要有:光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电耦合器件。下面就介绍这些光电器件的结构、工作原理、参数、基本特性。1.光电管(外光电效应)光电管的典型结构如图5.34所示。由玻璃壳、两个电极(光电阴极K和阳极A)、引出

5、插脚等组成。将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂上一层光电材料作为阴极K，球心放置小球形或小环形金属作为阳极A。当阴极K受到光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极A吸引，朝阳极A方向移动，这样就在光电管内产生了电子流，从而在外电路中便产生了电流。2.光电倍增管：略3.光敏电阻（光电导效应）1)光敏电阻的工作原理与结构光敏电阻是一种基于内光电效应制成的光电器件，光敏电阻没有极性，相当于一个电阻器件，光敏电阻的外型与结构如图5.40所示。工作原理如图5.39所示。在光敏电阻的两端加直流或交流工作电压的条件下，当无光照射时，光敏电

6、阻电阻率变大，从而光敏电阻值(RG)很大，在电路中电流很小；当有光照射时，由于光敏材料吸收了光能，光敏电阻率变小，从而(RG)呈低阻状态，在电路中电流很大。光照越强，阻值越小，电流越大。当光照射停止时，RG又逐渐恢复高电阻值状态，电路中只有微弱的电流。2)光敏电阻的主要参数暗电阻与暗电流。暗电阻是指光敏电阻在不受光照射时的电阻值，此时在给定工作电压下，流过光敏电阻的电流称为暗电流。亮电阻与亮电流。光敏电阻在有光照射时的阻值，称为该光照射下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。光电流。光电流是指亮电流与暗电流的差值。显然亮电阻与暗电

7、阻的差值越大，光电流越大，灵敏度也越高。2）光敏电阻的主要参数暗电阻光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。光电流亮电流与暗电流之差3)光敏电阻的基本特性伏安特性伏安特性是指在一定的光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。伏安特性曲线如图5.41所示。由图可以看出，在外加电压一定时，光电流的大小随光照的增强而增加。在使用时光敏电阻受耗散功率的限制，其两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由它可以确定

8、光敏电阻的正常工作电压。光照特性由图可见，该曲线是非线性的。因此光敏电阻不宜作测量元件，而常在自动控制中用作光电开关。光照特性是指外加电压一定时，光敏电阻的光电流与光照强度之间的关系，光照特性曲线如图5.42所示。光谱特性光谱特性是指在外加一定的电压时，输出电流