第7章光电式传感器ppt课件.ppt

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1、第七章光电式传感器光电传感器的原理与组成被测量光信号的变化电信号光电器件或光电元件—能够将光量转换为电量的一种器件。光电传感器一般由辐射源、光学通路和光电器件三部分组成。光电元件光电效应光电元件是光电传感器中重要的部件，常见的有真空光电元件和半导体光电元件两大类。根据光的波粒二重性：光在传播时体现出波动性；当光与物质互相作用时体现出粒子性。因此可以认为光是一种以光速运动的粒子流，这种粒子称为光子。对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看做是一连串能量为A

2、y的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物理现象称为光电效应。光电效应分类外光电效应在光线作用下能使物体的电子逸出表面的现象，也称光电子发射效应。如：光电管、光电倍增管。内光电效应在光线作用下能使物体电阻率发生改变的现象，也称光电导效应。如：光敏电阻、光电二极管。阻挡层光电效应在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象，也称光伏效应。如：光电池。§

3、7-1光敏电阻一、光敏电阻的工作原理有些半导体材料在黑暗环境里，它的电阻值很高。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后就可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成半导体材料阻值下降。光照愈强．阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，半导体材料的阻值也就逐渐恢复原值。这就是光电导效应。一、光敏电阻的工作原理光敏电阻是利用半导体材料的光导效应即由于光照强弱而

4、导致半导体阻值变化的现象而工作的，这种具有光导效应的半导体材料就称为光敏电阻。暗电阻、暗电流若将光敏电阻置于无光照的黑暗条件下，测得光敏电阻的阻值称为暗电阻，暗电阻一般在几兆欧姆以上。这时给定工作电压下测得光敏电阻中的电流值称为暗电流。亮电阻、光电流光敏电阻在光照下，测得的光敏电阻的阻值称为亮电阻，亮电阻一般在几千欧姆以下。这时在工作电压下测得的电流为亮电流。亮电流和暗电流之差称为光电阻的光电流。一、光敏电阻的工作原理光敏电阻就像一个电阻元件，只是阻值随光照变化。无光照时，暗电阻很大，电流很小。受一定范围的光照时

5、，亮电阻急剧减小，电流迅速增加。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内。二、光敏电阻的基本特性（一）光照特性（光电特性）光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。二、光敏电阻的基本特性（二）伏安特性表示光敏电阻的光电流与外加电压之间的关系，如图7—4所

6、示。由图可知，在给定的电压下，光电流的数值随着照射光的增强而加大，照射光强不变时，外加电压越高，光电流也越大，灵敏度随之增大。但最高工作电压受到允许耗散功率限制，不同元件有不同的规定，使用时应加注意。（三）光谱特性表示照射光的波长与光电流的关系，如图所示。不同材料光敏电阻的光谱特性不同，同一材料照射光的波长不同时，光敏电阻的灵敏度亦不同。从图看出，光敏电阻的灵敏度有一个峰值，材料不同灵敏度峰值对应的波长不同。如硫化镉适用于可见光，硫化锌适用于紫外线，而硫化铅则适用于在红外线区域工作。所以选择光敏电阻时，要与使用的

7、光源结合起来考虑，才能获得较好的效果。（四）频率特性当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零，这说明光敏电阻有时延特性。因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。二、光敏电阻的基本特性（五）温度特性当温度升高时，暗电阻会下降。温度的变化对光谱特性也有很大影响。图是硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。§7-2光电二极管和光电三极管一、光电二极管和光电三极管的结构原理光电晶体管通常指光电二极管和

8、光电三极管，工作原理也是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。半导体光电二极管有三种类型：PN结型光电二极管(PD)、PIN结型光电二极管(PIN)和雪崩型光电二极管(APD)。(一)PN结型光电二极管和光电三极管光电二极管的结构与普通二极管相似，但它的PN结装在管子顶部，光线可以直接照射，PN结的面积较大，结深较浅，以