自动检测与转换技术光电传感器教学课件PPT

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1、机械工业出版社中等职业教育电气类规划教材《自动检测与转换技术》第十章光电传感器2014－11－59/15/20211第十章光电传感器在这一章里，卡卡要给大家简单介绍光电效应，着重讲解光电元件的原理、分类、特性、电路接线以及光电传感器的应用。光电传感器的最大特点是非接触测量。9/15/202121860年，英国物理学家麦克斯韦建立了电磁理论，认识到光是一种电磁波。1905年，德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。9/15/20213第一节光电效应及光电元件用

2、光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。外光电效应：在光线的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紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。9/15/20214紫外光电管外形当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。紫外线9/15/20215光敏电阻当光敏电阻受到光照时，阻值减小。9/15/20216光敏电

3、阻原理演示当光敏电阻受到光照时，光生电子-空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）光照变化产生的电流称为暗电流9/15/20217光敏二极管将光敏二极管的PN结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。9/15/20218光敏二极管外形光敏二极管阵列包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。9/15/20219红外发射、接收对管外形红外发射管红外接收管9/15/202110光敏二极管的反向偏置接法在没有光照时，由于二极管

4、反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。9/15/202111光敏二极管的反向偏置接线（参考上页图）及光电特性演示在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。当光照增加时，光电流IΦ与光照度成正比关系。光敏二极管的反向偏置接法UO+—光照9/15/202112光敏三极管光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度

5、比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（C、E）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。9/15/202113光敏三极管外形9/15/202114光敏三极管内部结构a)内部组成b)管芯结构c）结构简化图1—集电极引脚2—管芯3—外壳4—玻璃聚光镜5—发射极引脚6—N+衬底7—N型集电区8—SiO2保护圈9—集电结10—P型基区11—N型发射区12—发射结9/15/202115硅光敏晶体管的光谱特性电磁波频谱9/15/202116光敏二极管、三极管的光电特性比较0光照光电流光敏三

6、极管光敏二极管3000lx4mA请判断光敏二极管、三极管的灵敏度孰高孰低0.3mAIΦE9/15/202117基于光生伏特效应的光电元件——光电池在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子-空穴对，光生电子-空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。9/15/202118基于光生伏特效应的光电元件——光电

7、池新型的硅光电池是在P型衬底上制造一薄层N型层作为光照敏感面，效率更高。N型区每吸收一个光子就产生一对光生电子-空穴对。空穴通过漂移运动被拉到P型区，带正电；电子留在N区，带负电。9/15/202119光电池外形光敏面9/15/202120能提供较大电流的大面积光电池外形9/15/202121光电池串联，能提高电压；并联，可以提高输处电流每一片光电池的最大输出电压约为0.6V，每平方米，晴天的输出电流约为10A。9/15/202122太阳能组件9/15/202123其他光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆

8、形光电池9/15/202124光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能电风扇太阳能硅光电池板9/15/202125光电池在动力方面的应用（续）住宅太阳能供电9/15/202126光电池在动力方面的应用（续）嫦娥一号上的光电池板9/15/202127光电池的光电特性一个典型的硅光电池的光电特性1—开路电压曲线2—短路电流曲线开路电压为对数特性短路电流为线性特性9/15/202128第二节