机械工程测试技术PPT电子课件-第五章信号的获取与调理05.3.3光电式传感器

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1、主要内容：1光电效应2光电器件光敏电阻光电池光电三极管3光电式传感器的应用5.3.3光电式传感器5.3.3光电式传感器概述光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器件种类很多，如：光电管、光敏二极管、光电倍增管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电耦合器、光纤等等。在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。5.3.3光电式传感器概述指纹锁门禁光电鼠标5.3.3光电式传感器概述料位自动控制电动扶梯自动启停光电开关5.3.3光电式传感器光栅光纤光电管光敏电阻1光电效应传统的光敏器

2、件利用各种光电效应，光电效应可分为：外光电效应:在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管,光电倍增管等。内光电效应光电导效应:在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为光电导效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻，光敏晶体管等。光生伏特效应:在光线作用下物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。2、光电器件（1）光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，某些半导体材料的电阻随着光照强度的增大而减小。其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳

3、状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。光敏电阻结构及符号光敏电阻主要参数:暗电阻——无光照时的电阻；暗电流——无光照时的电流；亮电阻、亮电流——受光照时的阻值、电流；光电流——亮电流与暗电流之差称光电流。光敏电阻要求：暗电阻要大（暗电流要小），亮电阻要小，光电流要大。其优点是灵敏度高，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。不足有需要外部电源，有电流时会发热。伏安特性：在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。给定偏压光照越大光电流越大；给定光照度电压越大光电流越大；光敏电阻的伏安特性

4、曲线不弯曲、无饱和，但受最大功耗限制。光敏电阻——基本特性光敏电阻伏安特性光照特性:光电流与光强的关系无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；有光照时，电阻值随光强增加而降低，光电流增大；光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。（3）光敏电阻——基本特性光谱特性光敏电阻灵敏度与入射波长有关;光敏电阻灵敏度与半导体掺杂的材料有关。光敏电阻——基本特性光敏电阻——基本特性温度特性温度变化影响光敏电阻的灵敏度、暗电流和光谱响应。硫化铅光敏电阻温度特性2光电器件(2)光敏二极管和光敏三极管光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。特点：响应

5、速度快、频率响应好、灵敏度高、可靠性高;广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、自动报警、自动计数等领域和装置。(2)光敏二极管和光敏三极①光敏二极管光敏二极管结构与一般二极管相似，它们都有一个P－N结，并且都是单向导电的非线性元件。为了提高转换效率大面积受光，PN结面积比一般二极管大。硅光敏二极管结构工作原理：光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，PN结处产生光生电子空穴对；在电场作用下形成光电流，光照越强光电流越大；光电流方向与反向电流一致。光敏二极管基本电路与普通晶体管不同的是，光敏晶

6、体管是将基极—集电极结作为光敏二极管，集电结做受光结，另外发射极的尺寸做的很大，以扩大光照面积。大多数光敏晶体管的基极无引线，集电结加反偏。玻璃封装上有个小孔，让光照射到基区。(2)光敏二极管和光敏三极管②光敏三极管光敏晶极管结构光敏晶体管的光谱特性硅材料的光敏管峰值波长在0.9μm附近（可见光）灵敏度最大；可见光或探测赤热状物体时一般都用硅管锗管的峰值波长约为1.5μm（红外光）对红外进行探测时用锗管较适宜。(2)光敏二极管和光敏三极管特性：光敏晶体管光谱特性光敏二极管伏—安特性伏安特性光敏二极管：当反向偏压较低时，光电流随电压变化比较敏感

7、，随反向偏压的加大，光生电流趋于饱和，这时光生电流与所加偏压几乎无关，只取决于光照强度。温度特性由于反向饱和电流与温度密切有关，因此光敏二极管的暗电流对温度变化很敏感。光敏二极管暗电流与温度关系频率响应:光敏管的频率响应是指光敏管输出的光电流随频率的变化关系。光敏管的频响与本身的物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。图光敏二极管频率响应曲线说明调制频率高于1000Hz时，硅光敏晶体管灵敏度急剧下降。光敏二极管频率响应曲线光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类

8、用于检测和自动控制等。光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。(3)光电池（有源器件）光电池符号太阳能手机充电器太阳能供L