检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第六章　光电传感器.ppt

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1、第六章　光电传感器第六章　光电传感器第一节　光电效应及光电元件第二节　光的产生和常见光源第三节　光电传感器的类型及应用第四节　CCD图像传感器概述第五节　电荷耦合器件(CCD)第六节　CCD的主要特性第七节　CCD应用举例第一节　光电效应及光电元件一、外光电效应及光电元件二、光电导效应及光电元件三、光伏特效应及光电元件一、外光电效应及光电元件(一)外光电效应(二)光电元件(一)外光电效应1)当光子能量hν大于逸出功A时，才能发射出光电子，即才能产生光电效应；当光子能量hν小于逸出功A时，物体不能发射出光电子，也就不能产生光电效应；当光子能量hν恰好等于

2、逸出功A时，光电子获得的初速度v＝0，此时光电子相应的单色光频率为ν0，由式(6-1)有2)光电子的初动能取决于入射光的频率ν。3)因为一个光子能量只能传给一个电子，所以电子吸收能量不需要积累能量的时间，在光一照到物体上，就立即有光电子发出，据测该时间不超过10-9s。(二)光电元件1.光电管2.光电倍增管1.光电管图6-1　光电管结构示意图和连接电路a)金属底层光电阴极光电管　b)光透明光电阴极光电管　c)光电管连接电路2.光电倍增管当入射光线很微弱时，光电管产生的光电流会很小(一般仅有零点几微安)，不仅不易检测，而且误差也会很大。这时常应用光电倍增

3、管对光电流进行放大，以提高灵敏度。如果在光电管的阴极和阳极之间安装若干个倍增极D1、D2、…Dn，就构成了光电倍增管。二、光电导效应及光电元件(一)光电导效应(二)光敏电阻(一)光电导效应半导体材料在外界光线的作用下，电导率增加的现象称为光电导效应。半导体材料的导电能力取决于半导体内部载流子的数目，如果载流子的数目增加，则半导体的导电率就会增加。半导体中参与导电的载流子有自由电子和空穴两种。通常情况下，半导体原子中的价电子被束缚在价带中，当价电子从外界获取了足够的能量后，它会受到激发而从价带跃迁到导带，成为一个自由电子，与此同时价带原来价电子的位置上会

4、形成空穴。由于自由电子和空穴都参与导电，所以使半导体的电导率增加了。(二)光敏电阻1.光敏电阻的工作原理2.光敏电阻的主要参数和基本特性1.光敏电阻的工作原理图6-2　光敏电阻工作原理图2.光敏电阻的主要参数和基本特性图6-3　光敏电阻的伏安特性曲线2.光敏电阻的主要参数和基本特性图6-4　光敏电阻的光照特性曲线2.光敏电阻的主要参数和基本特性图6-5　光敏电阻的光谱特性曲线2.光敏电阻的主要参数和基本特性图6-6　光敏电阻的频率特性曲线2.光敏电阻的主要参数和基本特性图6-7　硫化铅光敏电阻的光谱温度特性三、光伏特效应及光电元件(一)光伏特效应(二)

5、光电池(三)光敏晶体管(一)光伏特效应在光照射下，若入射光子的能量hν大于禁带宽度Eg，PN结附近被束缚的价电子由于吸收光子能量后受到激发而跃迁至导带形成自由电子，同时在原来价电子处会形成自由空穴。这些电子－空穴对在电场的作用下，空穴向P区移动，电子向N区移动，结果使P区带正电，N区带负电，于是在P区和N区之间产生了电压，称为光生电动势，这就是光伏特效应。利用光伏特效应制成的光敏元件主要光电池、光电二极管、光电三极管等，应用十分广泛。(二)光电池1.光电池的工作原理2.光电池的基本特性1.光电池的工作原理图6-8　光电池的符号及连接电路2.光电池的基本

6、特性图6-9　光电池的光谱特性曲线2.光电池的基本特性图6-10　光电池的光照特性曲线2.光电池的基本特性图6-11　光电池的频率特性曲线2.光电池的基本特性图6-12　光电池的温度特性曲线(三)光敏晶体管1.光敏二极管和光敏三极管的结构和工作原理2.光敏晶体管的基本特性1.光敏二极管和光敏三极管的结构和工作原理图6-13　光敏二极管符号图1.光敏二极管和光敏三极管的结构和工作原理图6-14　光敏二极管接线方法1.光敏二极管和光敏三极管的结构和工作原理图6-15　光敏三极管2.光敏晶体管的基本特性图6-16　光敏晶体管的光谱特性2.光敏晶体管的基本特性

7、图6-17　光敏晶体管的伏安特性2.光敏晶体管的基本特性图6-18　光敏晶体管的光照特性2.光敏晶体管的基本特性图6-19　锗光敏晶体管的温度特性第二节　光的产生和常见光源一、光的产生二、常见光源一、光的产生(一)光的辐射(二)光的产生方法(一)光的辐射光是从实物中发射出来的，是以电磁波形式传播的物质。发光物质受激发而发光包括两个过程：激励和复合。激励是指在外界作用下，物体内带电粒子吸收能量，电子由低能态跃迁到高能态的过程常称为受激吸收。此时，受激物体处于非平衡状态。复合是指电子由高能态回到低能态，同时释放能量的过程。从不稳定的高能态回到低能态属于自发

8、跃迁，它释放的能量有两种形式，一种是变成粒子热运动的动能；一种是以光的形式辐射出来，产生自发辐