传感器原理及应用全套配套课件PPT动画教学大纲第8章 光电传感器.ppt

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1、第8章光电效应及普通光电器件传感器原理与应用传感器原理及应用第8章光电式传感器主要内容：8.1光电效应8.2光电器件光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电晶体管、光电池、色敏、其他光电器件8.3光栅传感器传感器原理及应用第8章光电式传感器概述光敏器件种类很多，在自动检测及控制系统、计算机系统中应用非常广泛。普通的光电器件包括：光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电倍增管、光电耦合器等。光信号光电传感器电信号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

2、光敏器件。光电传感器是物性型传感器。被测量传感器原理及应用第8章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传感器原理及应用第8章光电式传感器概述光栅光电开关光敏电阻光电鼠标光敏管8.1光电效应传感器原理及应用第8章光电式传感器光敏器件主要利用各种光电效应光电效应可分为：外光电效应光电导效应内光电效应光生伏特效应传感器原理及应用第8章光电式传感器8.1.1外光电效应在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。——普朗克常数()——光的频率（Hz）每个光子具有能量J.S波长短，频率高，能量大。式中：入

3、射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比。传感器原理及应用第8章光电式传感器光照射物体时电子吸收入射光子的能量，当物体吸入的能量超出物体逸出功A时，电子就会逸出物体表面，产生光电子发射。超出的能量就表现在电子逸出的动能上。能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。每个光子具有的能量可由能量守恒定律表示为为一个电子逸出的动能（能量）；m为电子质量，ν0电子逸出物体表面时的速度；A为电子的逸出功。(爱因斯坦光电效应方程)8.1.1外光电效应光电子光照射e传感器原理及应用入射光强改变物质导电率

4、的物理现象称光电导效应。这种效应几乎所有高电阻率半导体都有，在入射光作用下电子吸收光子能量，电子从价带激发到导带过度到自由状态，同时价带也因此形成自由空穴，使导带电子和价带空穴浓度增大引起电阻率减小。8.1.2内光电效应第8章光电式传感器为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量应大于禁带宽度的能量E0＞Eg基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。1）光电导效应传感器原理及应用第8章光电式传感器为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？PN---+++-+光源下面分两种情况讨论：不加偏压时的PN结处于反偏时的PN结2）光生

5、伏特效应光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。传感器原理及应用当光照射在P-N结时，如果光电子能量足够大，就可激发出电子——空穴对，在P-N结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生电动势.基于这种效应的器件有光电池。不加偏压P-N结二极管PN结开路电压有第8章光电式传感器PN电子空穴---+++-+光源2）光生伏特效应传感器原理及应用第8章光电式传感器无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，产生光生电子—空穴对，在外电场作用下，光生电子

6、→N，空穴→P运动，形成光电流Ig。-+处于反偏时的P-N结（给P-N结加电场）电流方向与反向电流一致，光照强光电流越大。具有这种性能的器件有：光敏二极管、光敏晶体管从原理上讲，不加偏压的光电二极管就是光电池。光敏二极管通常加反向电压。PN电子空穴---+++光源IgE2）光生伏特效应传感器原理及应用第8章光电式传感器8.2光电器件8.2.1光电管光电管是一个抽真空或充惰性气体的玻璃管，内部有光阴极K、阳极A，光阴极涂有光敏材料；当光线照射在光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产

7、生光电子发射.电子被带有正电的阳极吸引在光电管内形成电子流，电流在回路电阻RL上产生正比于电流大小的压降。传感器原理及应用第8章光电式传感器8.2.1光电管传感器原理及应用第8章光电式传感器光电管主要用于：分析仪器和各种自动控制装置；如，分光光度计、光电比色计等8.2.1光电管电子管光电管外壳不透明传感器原理及应用第8章光电式传感器光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。8.2.2光电倍增管传感器

8、原理及应用第8章光电式传感器光电倍增管与普通光电管不同,在光阴极和阳极之间加了许多倍增极（10级左右），在阳极和阴极之间加有几百～上千伏的高压，每个倍增极间分压有100～200V；光电倍增管的电流增益很大在105～106之间。倍增极外加电压Ud与增益G的关系近似为：8.2.2光电倍增管光电倍增管不能直接受强光照射,否则会损坏.通常密封使用。式中：——常数——