第5章 光电式传感器ppt课件.ppt

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1、Pursuebreakthroughsinyourlife1Optimist:Amanwhogetstreedbyalionbutenjoysthescenery2光电式传感器3目录光电管光电倍增管光敏电阻光敏二极管和光敏晶体管光电池光电式传感器的应用光电耦合器件(补)本章小结4前言光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应（Photoelectriceffect）。在现代测量与控制系统中，应用非常广泛。测量非电量的特殊性：用光电器件测量非电量（如转速、浊度等）时，首先要将非电量的变化转换为光量的变

2、化，然后通过光电器件的作用，将光量的变化转换为电量的变化。5光的波粒二象性，光具有波动性和离子性的两重性质，是一种电磁波。光是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子具有的能量hγ正比于光的频率γ（h为普朗克常数）。用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hγ的光子所轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应。光电效应就是指在光的作用下，材料或器件的电性能（包括电导、电势、光电流等）发生改变的特性。光电效应6光电效应的分类外光电效应externalphotoelectriceffect内光电效应internalphotoe

3、lectriceffect阻挡层光电效应（光生伏打效应）photovoltaiceffect7光电元件的优点响应快结构简单有较高的可靠性8在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象称为外光电效应。例如：光电管、光电倍增管问题：什么条件下会出现外光电效应?外光电效应9光电管结构原理光电管的伏安特性曲线充气光电管的优点及缺点10结构光电阴极有的是贴附在玻璃泡内壁，有的是涂在半圆筒形的金属片上，阴极对光敏感的一面是向内的。阳极是在阴极前装有单根金属丝或环状的金属丝。11当入射光照射在阴极上时，光子的能量传递给阴极表面的电子，当电子获得的能量足够大

4、时，就有可能克服金属表面对电子的束缚（逸出功）而逸出金属表面形成电子发射。电子逸出金属表面的初速度υ由能量守恒定律得出：由光电效应方程式可得出：①照射在物体上的光线（入射光）通常不是单色光，而是含有多种频率的光。②光电子逸出物体表面时具有出速度。当入射光频率大于该金属极限频率时，光强度再弱也能发射电子；当入射光频率小于该金属极限频率时，光强度再大也不能发射电子。爱因斯坦光电方程工作原理12由于逸出功与材料的性质有关，当材料选定后，要使金属表面有电子逸出，入射光的频率γ有一最低的限度当hγ小于A时，即使光通量很大，也不可能有电子逸出，这个

5、最低限度的频率称为红限。当hγ大于A时光通量越大，逸出的电子数目也越多，光电流I就越大。13光电管的阴极和阳极分别接电源的负极和正极。没有光照射时，因光电管光阴极不发射电子，电路不通；有光照射时，光电阴极发射的光电子，在阳极高电位作用下形成光电流，可以在电阻R上取出与光电流成正比的信号电压。14当光通量一定时，阳极电压与阳极电流的关系，叫做光电管的伏安特性曲线伏安特性曲线当阳极电压较小时，只有一部分到达阳极，其余受光子在真空中运动时所形成的负电场作用，回到阴极；随阳极电压的增大，光电流也增大；当阴极发射电子全部到阳极时，阳极电流很稳定，

6、达到饱和。15充气光电管除真空光电管外，还有一种充气光电管，它的构造和真空光电管基本相同，所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体，如氩或氖。当光电极被光照射而发射电子时，光电子在趋向阳极的途中将撞击隋性气体的原子，使其电离，从而使阳极电流急速增加，提高了光电管的灵敏度。16充气光电管的缺点是其灵敏度随电压显著变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差。所以在测试中一般是选择真空光电管。电离导电17光电倍增管在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小，在这种情况下即使光电流能被放大，但信号与噪声同时被放大了，为了克服这个缺点，就要采

7、用光电倍增管。18光电倍增管结构、工作原理及图形符号19光电倍增管组成它由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。光电阴极是由半导体光电材料制造的，入射光就在它上面打出光电子。倍增极数目在4—14个不等。在各倍增极上加上一定的电压。阳极收集电子，外电路形成电流输出20各个电极所加电压情况工作时，各个倍增电极上均加上电压，阴极K电位最低，从阴极开始，各个倍增极E1，E2，E3，E4(或更多)电位依次升高，阳极A电位电高。这些倍增极在受到一定数量的电子轰击后，能放出更多的电子，称为“二次电子”。21光电倍增管原理倍增极的特性：光电倍增管的倍增

8、极设计成每个极都能接受前一极的二次电子，而在各个倍增极上顺序加上越来越高的正电压。这样如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子，这个电子将被第一倍增极的正电压所加速而轰击第一倍增极，设这时第一倍增极有