第6章光电式传感器（4）

《第6章光电式传感器（4）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6章光电式传感器第6章      光电式传感器主要内容：6.1光电效应6.2光电器件6.3光电传感器6.4光纤及光纤传感器6.5激光传感器人类对光的认识：17世纪：牛顿–微粒说；惠更斯-波动说19世纪：杨氏双缝、菲涅耳双面镜干涉实验麦克斯韦电磁场理论20世纪：M.Planck、A.Einstein提出和发展了量子理论、光的波粒二象性第6章      光电式传感器概述光源：普通光源和激光光源热光源如白炽灯冷光源如辉光、荧光、磷光等普通光源属自发辐射，具有随机性和间歇性特点：多色光、发散、亮度小、相干性差激光光源属受激辐

2、射，特点：单色光、高定向、高亮度、高相干性第6章      光电式传感器概述第6章      光电式传感器概述光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器件种类很多，如：光电管、光敏二极管、光电倍增管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电耦合器、光纤等等。在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。第7章      光电式传感器概述料位自动控制电动扶梯自动启停光电开关6.1光电效应第6章      光电式传感器传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分

3、为：外光电效应内光电效应光电导效应光生伏特效应第6章      光电式传感器6.1光电效应6.1.1工作原理(1)外光电效应在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个光子具有的能量是：——普朗克常数()——光的频率（Hz），波长短，频率高，能量大第6章      光电式传感器6.1光电效应6.1.1工作原理光子能量E大于电子的逸出功A，超出的能量产生光电子发射。由于不同材料具有不同的逸出功，对某种材料而言有一个频率限。当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不

4、能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率”基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。由能量守恒定律有：第6章      光电式传感器在光照的作用下，受光照物体(通常为半导体材料)电导率发生变化或产生光电动势的现象。光电导效应：光照后电阻率发生变化的现象。这种效应几乎所有高电阻率半导体都有，为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量E0应大于禁带宽度Eg。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。6.1光电效应6.1.1工作原理(2)内光电效应第6章  

5、    光电式传感器6.1光电效应6.1.1工作原理(2)内光电效应光生伏特效应：光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生电动势的效应。为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？有下面两种情况：不加偏压的PN结处于反偏的PN结第6章光电传感器不加偏压的PN结当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁带宽度（E0＞Eg）,可激发出电子——空穴对，在PN结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生电动势.基于这种效应的器件有光电池6.1光电效应6.1.1工作原理(2)内光

6、电效应第6章      光电式传感器处于反偏的PN结：无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；有光照时，光子能量足够大产生光生电子—空穴对，在PN结电场作用下，形成光电流，电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。具有这种性能的器件有：光敏二极管、光敏晶体管.6.1光电效应6.1.1工作原理(2)内光电效应第6章      光电式传感器6.2光电器件（1）光电管外光电效应当光线照射在光敏材料上时，如果光子的能量E大于电子的逸出功A（E＞A），会有电子逸出产生电子发射。电子被带有正电的阳极吸引，在光电管内形成电子流，电流

7、在回路电阻R上产生正比于电流大小的压降。因此第6章      光电式传感器6.2光电器件（1）光电管第6章      光电式传感器6.2光电器件（1）光电管第6章      光电式传感器6.2光电器件（1）光电管光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。如核仪器中闪烁探测器都使用的是光电倍增管做光电转换元件。光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。第6章      光电式传感器6.2光电器件（1）光电管第6章      光电式传感器6.2光电

8、器件（2）光敏电阻光敏电阻的工作原理是基于光电导效应，其结构是在玻璃底版上涂一层对光敏感的半导体物质，两端有梳状金属电极，然后在半导体上覆盖一层漆膜。光敏电阻结构及符号工作原理：由半导体材料构成，利用内光电效应而工作。光敏电阻当光线照射时，因材料中的电子—空穴对增加，其电阻值会变小，当光照消失时，电阻会恢复原值。光敏电阻没有极性，