第3讲光电式传感器ppt课件.ppt

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1、第3章光电式传感器主讲人：康朝海传感器原理及应用第3章      光电式传感器主要内容：3.1光电效应3.2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、电荷耦合器概述指纹锁门禁光电鼠标概述料位自动控制电动扶梯自动启停光电开关1887年赫兹发现了光电效应。1.什么是光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。3.1光电效应2.什么是外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。阳极阴极外光电效应入射

2、光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应。3.内光电效应规律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。a.光电导效应光电导效应工作原理：b.光生伏特效应PN结Es+-实质是一个大面积的PN结,当光照射到PN结的一个面,例如p型面时,若光子能量大于半导体材料的禁带宽度,那么p型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴,电子空穴对从表面向内迅速扩散,如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。最后建立一个与光照强度有关的电动势Es。3.2光电元器件光栅光纤光电管光敏电阻当光线照射在

3、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。3.2.1光电管光电导效应一、结构和工作原理3.2.1光电管光电管实物图二．主要性能（1）光电管的伏安特性在一定的光照射下，对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。真空光电管充气光电管150100502020μlm40μlm60μlm80μlm100μlm120μlm4681012阴极电压/VIA/μA2010050弱光强光1504681012阴极电压/VIA/μA（2）光电管的光照特性当光电管的

4、阴极和阳极之间所加的电压一定时，光通量与光电流之间的关系。光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。255075100200.51.52.0Φ/1mIA/μA1.02.511-氧铯阴极2-锑铯阴极(3)光电管的光谱特性一般光电阴极材料不同的光电管有不同的红限频率，因此它们可用于不同的光谱范围。另外，同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同。以GD-4型光电管为例，阴极是用锑铯材料制成，其红限λc=700nm，对可见光范围的入射光灵敏度比较高。适用于白光光源，被应用于各种光电式自动检测仪表中。对红外光源，常用银氧铯阴极，构成红外探测器。对紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极

5、。国产光电管的技术参数3.2.2光电倍增管照很弱时，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。一、结构和工作原理IAKD1D2D3D4AR1R2R3R4R5RLUOUT入射光阴极K第一倍增极第二倍增极第三倍增极第四倍增极阳极A东北石油大学光电倍增管的电流放大倍数为:M与所加的电压有关。一般阳极和阴极之间的电压为1000～2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50～100V。二、主要参数1.倍增系数M：

6、等于各个倍增电极的2次发射电子数δi的乘积。2光电阴极灵敏度和光电管的总灵敏度最大灵敏度可达10A/lm不能受强光照射。光电倍增管的特性曲线255075100125106极间电压/V倍增系数M1051041033暗电流和本底脉冲4.光电倍增管的光谱特性与相同材料的光电管的相似。国产光电倍增管的技术参数放大器接控件机构光光控继电器示意图光电管可用于光控继电器、自动计数、自动报警、自动跟踪等。应用3.2.3光敏电阻当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。一.光敏电阻的结构和工作原理AE电极半导体玻璃底板RLEIRG光敏电阻的结构与电路连接二.

7、光敏电阻的主要参数和基本特性（1）暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、光电流亮电流与暗电流之差为光电流用于描述光电流与光照强度之间的关系。多数是非线性的。不宜做线性测量元件，一般用做开关式的光电转换器。0.050.100.150.200.2500.20.40.60.81.0光通量/lm光电流/mA（2）光照特性（3）光谱特性硫化镉的峰值在可见光区域，硫化铅的峰值在红外区域。故选用时要把元件和光源结合起来考虑。0500100015002000250020406080100硫化镉硫化铊硫化铅入射光波长/nm相对灵敏度/%(4)伏安特性所加的电压越高，光电流越大，而且没有

8、饱和的现象。在给定的电压