光电效应和光电器件资料课件.ppt

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1、第4章光电式传感器原理与应用一、引言光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新兴的检测技术，它是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示等。目前，光电式传感器主要用来组成光电检测系统与装置。光电检测装置的核心部分：光电传感器。光电检测与其它检测相比有以下测量优点：①非接触；②检测速度快，检测精度高；③高可靠性；④能够自动、连续地进行检测；⑤可以进行遥测；⑥结构简单等一系列特点。测量范围：位移、振动、力、转矩、转速、压力、温度、流量、液位、湿度、液体浓度、成分、角度、表面粗糙度等。应用前景：现代科学技术的检测以及机器人技术的大力开发都

2、离不开光电传感器与检测技术。二、光电检测系统的基本构成光电检测系统的基本组成一个完整的光电检测系统包括：信息的获得、交换、处理、显示等。具体讲：一个光电检测系统由三个基本部分组成：待检测对象光电传感器处理电路显示①核心部分②　　　　③执行核心部分：它以光为媒介、以光电检测器件为手段、将各种待测量转换成电量（I、V、F）。它将决定整个检测系统的灵敏度、精度、动态响应等。处理电路作用：是将光电传感器的输出的微弱电信号进行放大、处理、运算等，以适应后续显示、控制或执行机构的要求。2.光电传感器的组成⑴组成：光源、光学系统、光电探测器三部分组成。⑵优点：a非接触式检测b响应速

3、度高：10-1—10-6Sc检测对象范围宽d大量的相关应用。不仅对光进行检测，而且还能用于检测液面、位置、压力等。⑶缺点：a沾污影响大b外界干扰光影响大c使用温度范围小，不能用于高温。⒊光电检测系统中处理电路的任务⑴实现对微弱信号的检测⑵实现光源的稳定化4.1光电效应和光电器件外光电效应: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:在光线作用下，能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。阻挡层光电效应(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、光敏晶体管等光电效应和光电器件4.1.1光电管4

4、.1.2光电倍增管4.1.3光敏电阻4.1.4光敏二极管和光敏晶体管4.1.5光电池4.1.6光电式传感器的应用4.1.1光电管1）当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子；2）电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。上一页下一页返回（1）真空光电管真空光电管的伏安特性充气光电管的伏安特性（2）充气光电管:构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高.所不同的是在玻璃泡内充以少量的惰性气体，其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差上一页下一页返回（2）充气光电管4.1.2光电倍增管在入射光非常微弱时，光电管能产生的光电流就很

5、小，但光电倍增管：放大光电流组成：光电阴极+若干倍增极+阳极上一页下一页返回光电倍增管的结构与工作原理光电阴极　　光电倍增极　　　阳极倍增极上涂有Sb-Cs(铯化锑)或Ag-Mg(镁化银)等光敏材料，并且电位逐级升高.阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二次电子发射.二次电子发射系数:σ=二次发射电子数／入射电子数若倍增极有n，则倍增率为σn若有11个倍增极，则E11发射的电子数约为光电子数的105-106倍。上一页下一页返回4.1.3光敏电阻1.光敏电阻的工作原理及结构2．光敏电阻的主要参数3．光敏电阻的基本特性上一页下一页返回1.光敏电阻的工作原理及结构当无光

6、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，电流迅速增加上一页下一页返回光敏电阻的结构1.玻璃2.光电导层3.电极4.绝缘衬底5.金属壳6.黑色绝缘玻璃7.引线由于光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。上一页下一页返回半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层,光敏电阻的电极一般采用梳状，是为提高光敏电阻的灵敏度。特点：灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区，而且体积小、重量轻、性能稳定等。梳状电极上一页下一页返回2．光敏电阻的主要参数（1）暗电阻和暗电流光敏电阻在

7、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。（2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。上一页下一页返回3．光敏电阻的基本特性（1）伏安特性（2）光照特性（3）光谱特性（4）响应时间和频率特性（5）温度特性上一页下一页返回（1）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注意几点：◆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