第4章-光电式传感器ppt课件.ppt

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1、第4章光电式传感器4.1光电效应和光电器件4.2光电码盘4.3电荷耦合器件4.4光纤传感器4.5光栅传感器4.1光电效应和光电器件外光电效应:在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。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改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。阻挡层光电效应(光生伏特效应):在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等光电效应和光电器件4.1.1光电管4.1.2光电倍增管4.1.3光敏电阻4.1.4光敏二极管和光敏晶体管4.1.5光电池4.1.6光电式传感器的应用4．1．

2、1光电管当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。真空光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性充气光电管:构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高.区别：在玻璃泡内充以少量的惰性气体缺点：其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差4．1．2光电倍增管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极+若干倍增极+阳极光电倍增管的结构与工作原理光电阴极　　光电倍增极　　　阳极倍增极上涂有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料，并

3、且电位逐级升高阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射二次电子发射系数σ=二次发射电子树／入射电子数若倍增极有n，则倍增率为σn4．1．3光敏电阻1.光敏电阻的工作原理及结构2．光敏电阻的主要参数3．光敏电阻的基本特性1.光敏电阻的工作原理及结构当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加1.玻璃2.光电导层3.电极4.绝缘衬底5.金属壳6.黑色绝缘玻璃7.引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。光敏电阻的结构半导体吸收光

4、子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定梳状电极2．光敏电阻的主要参数（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。3．光敏电阻的基本特性（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性

5、（5）温度特性（1）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在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。（2）光照特性光敏电阻的光电流与光强之间的关系由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。（3）光谱特性光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的（4）响应时间和频率特性光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光的变化，在

6、时间上有一个滞后。通常用响应时间t表示。光敏电阻的频率特性不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间，所以它们的频率特性也就不尽相同。（5）温度特性光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。硫化镉光敏电阻的温度特性温度系数:在一定光照下，温度每变化1℃，光敏电阻阻值的平均变化率温度对光谱特性影响随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。硫化铅光敏电阻的光谱温度特性4.1.4光敏二极管和光敏晶体管1．工作原理2．基本特性1．工作原理结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外

7、壳中在电路中一般是处于反向工作状态的光敏二极管光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个pn结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。2．基本特性（1）光谱特性（2）伏安特性（3）光照特性（4）温度特性（5）频率响应入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。（1）光谱特性（2）伏安特性硅光敏管的伏安特性（3）光照特性硅光敏管的光照特性光敏二极管的光照特性曲线的线性较好（4）温度特性其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流

8、影响很小，而对暗电流影响很大。（5）频率响应具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流(或负载上的电压)随频率的变化关系硅光敏晶体管的频率响应4．1．5光电池有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外