《光电器件》PPT课件

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1、光电式传感器7.1光电器件7.2光纤传感器光电器件外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。外光电器件类型光电管光电倍增管光电管光电管分真空光电管和充气光电管惰性气体光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形。当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，在电场作用下被阳极收集，形成光电流I，该电流及负载电阻RL上的电压将随光照的强弱而改变，达到把光信号变化转换为电信号变化的目的。光电倍增管K为阴极，D1～D4为二次发射体，称倍增极，A为阳极，一般阳极和阴极之间的电压为1000～2500V，两相邻倍增极之间的电压为5

2、0～100V。阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的105～106倍。内光电效应在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应。分为光电导效应和光生伏特效应。光敏电阻半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压，又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，在玻璃底板上均匀的涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。光敏电阻的主要参数暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的

3、阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。伏安特性在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系光敏电阻的基本特性光照特性光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系光电流亮电流与暗电流之间的差值称为光电流。光谱特性即光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系，光敏电阻对入射光的光谱特性具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。硫化镉光敏电阻的

4、光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度量测量（照度计）的探头。硫化铅光敏电阻响应与近红外和中红外区，常用做火焰探测器的探头。频率特性光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化温度特性光敏电阻受温度影响较大，温度变化时，影响光敏电阻的光谱响应，同时光敏电阻的灵敏度和暗电阻也随之改变。光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管装在透明的玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光的照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，当没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小。当光线照射在PN结上，PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在P

5、N结处的内电场作用下做定向移动，形成光电流。光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。光敏晶体管与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引出线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子—空穴对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，使RCE急剧减小。基本特性光谱特性光敏管的光谱特性是指在一定的照度时，输出的光电流与入射光波长的关系。在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外线探测时，锗管较为适宜。伏安特性当光照时，反向电流随着光照强度的增大而增大。频率特

6、性光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流（或相对灵敏度）随频率变化的关系。温度特性光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光电流与温度的关系。光电池光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一个大面积的PN结，当光照射在PN结的一个面，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。基本特性光谱特性光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。光照特性光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的。频率特性硅光电池有较好的频率响应。温度特性光电池的温度特性是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。光电耦合器件是由发光元

7、件（如发光二极管）和光电接收元件合并使用,以光作为媒介传递信号的光电器件。光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管,光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。光电耦合器件光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内,一般有金属封装和塑料封装两种。耦合器常见的组合形式如下图光电耦合器图(a)所示的组合形式结构简单、成本较低,且输出电流较大,可达100mA,响应时间为3～4μs。图(b)形式结构简单,成本较低、响应时间快,

8、约为1μs,但输出电流小,在50～300μA之间。图（c）形式传输效率高,但只适用于较低频率的装置中。图（d）是一种高速、高传输效率的新颖器件。对图中所示无论何种形式,为保证其有较佳的灵敏度,都考虑了发光与接收波长的匹配。光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器,