检测与转换之光电传感器(光电器件原理和特性1

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1、检测与转换技术岑宏杰光敏传感器—光敏器件原理和特性内容光敏传感器光敏器件类型和原理常用光敏器件特性和基本应用光敏二极管光敏晶体管光敏电阻光敏传感器光敏传感器的工作原理是：把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光敏器件变换成电信号，检测电路对电信号进行处理。被测量的变化光信号的变化电信号的变化光敏传感器光敏传感器的构成：光源、光学通路、光敏器件、检测处理电路。常用光源：白炽灯、气体放电光源、LED、激光器（固体、气体、液体、半导体激光器）光敏传感器特点：非接触、响应快、性能可靠。光敏器件类型和原理光敏器件是把光信号转换为电信号的一种元器件，广泛应用于自动控制

2、、安防、广播电视等领域。半导体光敏器件体积小、重量轻、灵敏度高、功耗低、便于集成。光敏器件的工作基础是光电效应。光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，被光激发产生的电子逸出物质表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象，称为内光电效应。光电效应外光电效应：物质吸收光子并激发出自由电子的现象。基于外光电效应的器件有光电管、光电倍增管。内光电效应：光电导效应：当入射光子射入到半导体时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其

3、电导率增大。基于这种效应的器件有光敏电阻。光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、光敏三极管。历史光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电火花。1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释；1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功

4、解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。常用光敏器件名称图形光谱特性工作方式光敏电阻可见光电阻变化光敏二极管可见光红外线电流变化光敏三极管可见光红外线电流变化器件介绍--光敏二极管--原理光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是利用PN结的光生伏特效应，即光照到PN结上时，PN结吸收光能，产生电动势的现象。光敏二极管分有PN结型、PIN结型、雪崩型和GaAsP型，其中用得最多的是PN结型，价格便宜。光敏二极管有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数

5、都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加反向电压，利用PN结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。器件介绍--光敏二极管参数开路电压：PN结两端开路时，其电压称为开路电压。与光通量对数成正比，其温度系数很大。短路电流：PN结两端短路时，其电流称为短路电流。短路电流与照度成正比，其温度系数很小。暗电流：是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流。暗电流越小，光敏二极管的性能越稳定，检测弱光的能力越强。暗电流随温度与反偏电压而变化。响应特性：由PN结的结电容与负载电阻决定。反偏电压越大，结电容越小，工作频率越

6、高。光敏二极管等效电路光敏二极管伏安特性光敏二极管型号实例实训用的光敏二极管Applications․Highspeedphotodetector․Securitysystem․CameraFeatures․Fastresponsetime․Highphotosensitivity․Smalljunctioncapacitance․PbfreeDescriptionsPD333-3C/H0/L2isahighspeedandhighsensitivePINphotodiodeinastandard5ψplasticpackage.Duetoitswatercl

7、earepoxythedeviceissensitivetovisibleandinfraredradiationPD333-3C，5mmSiliconPINPhotodiodePD333的特征曲线PD333的特征曲线PD333的特征曲线PD333的极限参数AbsoluteMaximumRatings(Ta=25℃)Notes:*1:Solderingtime≦5seconds.PD333的电气参数光敏二极管应用：无偏置电压电路无偏置电压，受暗电流影响小，对于微小照度，可保持输出与照度成线性比例关系。HamamatsuPhotonicsK.K.2387系列暗电

8、流与反向偏压关系光敏二极管应用：加反向