光电式传感器(212)

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1、第十章光电式传感器本章内容：本章学习光电效应、光电元件的结构、工作原理、特性以及光电传感器的各种应用，掌握光电开关及光电断续器的使用方法。测量技术基础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。§10.1光电效应外光电效应：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：受光照物体电导率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。1)光电导效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻。2)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

2、敏晶体管等。§10.1光电效应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）§10.2.1光敏电阻当无光照时，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)光敏电阻的工作原理当无光照时，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§10.2.1光敏电阻(a)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。(b)亮电阻和亮电流光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，

3、此时流过的电流称为亮电流。(c)光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小，则性能越好。2)光敏电阻的主要参数§10.2.1光敏电阻(a)伏安特性(b)光照特性(c)光谱特性(d)响应时间和频率特性(e)温度特性3)光敏电阻的基本特性§10.2.1光敏电阻(a)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。§10.2.1光敏电阻§10.2.

4、1光敏电阻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。(b)光照特性§10.2.1光敏电阻光敏电阻对不同波长的光，灵敏度是不同的。(c)光谱特性§10.2.1光敏电阻光敏电阻的光电流不能立即随着光照量的改变而立即改变。(d)响应时间和频率特性即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常称为时间常数，用来表示。§10.2.1光敏电阻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。§10.2.1光敏电阻(e)温度特性光敏电阻受温度的影响较大

5、。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。§10.2.1光敏电阻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照相机自动测光光控灯光控开关工业控制§10.2.1光敏电阻1)工作原理结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，电路中一般是处于反向工作状态。无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，只有微小的反向电流，即暗电流。受光照时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子－空穴对，从

6、而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加。因此反向电流大大增加，即光电流。光敏二极管§10.2.2光敏二极管和三极管1)工作原理光敏三极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。§10.2.2光敏二极管和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。光敏三极管1)工作原理§10.2.2光敏二极管和三极管§10.2.3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加电源。1

7、)结构和工作原理2)基本特性§10.2.3光电池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。§10.2.3光电池直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的PN结。当光照射到PN结上时，便在PN结的两端产生电动势(P区为正，N区为负)。