光电传感器论文-卢跃宁

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1、光电传感器卢跃宁0513110232电气工程与自动化（2）班摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程屮，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与F1俱壇。这种传感器具冇结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单，形式灵活多样等优点，在口动检测技术屮得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。关键字：光

2、电效应光电元件光电特性传感器分类传感器应用正文：一、理论基础——光电效应光电效应一般冇外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服朿缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导屯性，这种现象成为外光电效应根据爱因斯坦的光电了效应，光了是运动着的粒了流，每种光了的能量为hv（v为光波频率，h为普朗克常数，h=6・63*10-34J/HZ）,由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离

3、子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：—mv2=hv・A2式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,A微电子所做的功。由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一•种阴极材料，入射光都冇一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电了发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为久=虬式屮，c为光速，A为逸岀功。当受到光照射时，吸收电孚能量》其电阻率降低的导电现彖称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则电子从价带跃迁到导

4、带，形成电子，同时，价带留下相应的空穴。电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。除金屈外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著，根据光导效应制造的光电元件有固有入射光频率，当光照在光电阻上，其导电性增强，电阻值下降。光强度愈强，其阻值愈小，若停止光照，其阻值恢复到原阻值。半导体受光照射产生电动势的现象称为光生伏特效应，据此效应制造的光电器件有光电池，光电二极管，管控晶闸管和光耦合器等。二、光电元件及特性根据外光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。1・光电管光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管，

5、光它的外形和结构如图1所示，半I员I筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的金屈丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内，当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加h。当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功A吋，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成屯子发射。这种电子称为光电子，光电子逸出金属表面后的初始动能为（1/2）加光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，如图2所示。在人射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击

6、阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电了数也就增多，光电流变大。在图2所示的电路中，电流和电阻只上的电压降就和光强成函数关系，从而实现光电转换。当光线照射到光电阴极K上时，电子从阴极表面逸出，并被光电阳极的正电厂吸收，外电路产生电流I,在负载电阻上的电压％光电管的光电特性如图3所示，从图中可知，在光通量不太大时，光电特性基本是一条直线。图1光电光结构示意图2•光电倍曾管由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。图4是光电倍增管结构示意图。图轨电倍増结构示意图

7、;从图中可以看到光电倍增管也有一个阴极K和一个阳极A,与光电管不同的是

8、在它的阴极和阳极间设置了若干个二次发射电极，DI、D2、D3…它们称为第一倍增电极、第二倍增电极、…，倍增电极通常为10〜15级。光电倍增管工作时,相邻电极之间保持一定电位差，其中阴极电位最低，各倍增电极电位逐级升高,阳极电位最高。当入射光照射阴极K吋，从阴极逸出的光电子被第一倍增电极D1加速，以高速轰击D1,引起二次电子发射，一个入射的光电子可以产生多个二次电了，D1发射出的二次电了又被DI、D2问的电场加速，射向D2并再次产生二次电子发射……，这样逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级

9、的倍增率为。，则光电倍增管的倍增率可以认为是oN,因