第10章光电式传感器ppt课件.ppt

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1、第10章光电式传感器第10章  光电式传感器主要内容：10.1光电效应10.2光电器件光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电晶体管、光电池、其他光电器件、电荷耦合器10.3光栅式传感器第10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10章  光电式传感器概述指纹锁门禁光电鼠标第10章  光

2、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第10章  光电式传感器概述光栅光纤光电管光敏电阻10.1光电效应第10章  光电式传感器传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分为：外光电效应内光电效应光电导效应光生伏特效应第10章  光电式传感器10.1光电效应10.1.1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10章  光电式传感器10.1光电效应1

3、0.1.1工作原理如果光子的能量E大于电子的逸出功A，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。由能量守恒定律有：第10章  光电式传感器光电导效应：入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。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。10.1光电效应10.1.1工作原理(2)内光电效应第10章  光电式传感器10.1光电效应10.1.1工

4、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10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10.1光电效应10.1.1工作原理(2)内光电效应第10章  光电式传感器处于反偏的

5、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.10.1光电效应10.1.1工作原理(2)内光电效应第10章  光电式传感器10.2光电器件（1）光电管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，电流在回路电阻R上产生正比于电流大小的压降。因此第10章  

6、光电式传感器10.2光电器件（1）光电管第10章  光电式传感器10.2光电器件（1）光电管第10章  光电式传感器10.2光电器件（2）光电倍增管光照很弱时，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10章  光电式传感器10.2光电器件（2）光电倍增管第10章  光电式传感器光电倍增管的光阴极和阳极之间被加了许多倍增极（10个左右），在阳极和阴极之间加有

7、几百～上千伏的高压，每个倍增极间有100～200V高压，电流增益在105数量极。倍增极外加电压Ud与增益G的关系近似为：式中：——常数——光电倍增管倍增极数10.2光电器件（2）光电倍增管第10章  光电式传感器上式可见，外加电压Ud的变化引起光电倍增管增益的变化，因此对供给光电倍增管的工作电源电压要求较高，必须有极好的稳定性。另外，为减少光电倍增管受温度影响，在核探测技术中“稳谱”是一个重要内容，与光电倍增管的指标、参数密切相关。10.2光电器件（2）光电倍增管增益变化为：第10章  光电式传感器10.2光电器件（2

8、）光电倍增管光电倍增管测量电路第10章  光电式传感器10.2光电器件（2）光电倍增管核仪器测量中的谱线漂移第10章  光电式传感器10.2光电器件（2）光电倍增管基于光电倍增管的输入设备滚筒扫描仪第10章  光电式传感器10.2光电器件（3）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