第七章光电式与光导式传感器ppt课件.ppt

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1、光谱光波：波长为10—106nm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm，波长300—380nm称为近紫外线波长200—300nm称为远紫外线波长10—200nm称为极远紫外线，红外线：波长780—106nm波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。第七章光电式与光导式传感器可见光谱在电磁波谱中的位置光电传感器的构成：光源、光学通路、光电元件。应用：1、光量变化的非电量；2、能转换成光量变化的其他非电量。特点：非接触、响应快、性能可靠。被测量的变化光信号的变化电信号的变化光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式

2、，即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上，因此又称之为吸收式遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓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而产生的电效应。光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类一

3、、外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。第一节光电效应与光电器件爱因斯坦光电效应方程：1.光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。红限波长可用下式求得：2.当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光

4、子数目越多，逸出的电子数也就越多。3.光电子逸出物体表面具有初始动能mv02/2，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。基于外光电效应的光电器件有：光电管、光电倍增管二、内光电效应当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。分为光电导效应和光生伏特效应1．光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足

5、够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带禁带导带价带Eg电子能量Eh≧Eg过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于

6、光电导材料的禁带宽度Eg，即：基于这种效应的光电器件有光敏电阻。２．光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。①　势垒效应（结光电效应）光照射PN结时，若h≧Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外侧，空穴偏向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，形成光生电动势。PN②侧向光电效应当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分产生电子空穴对，载流子浓度比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度，引起载流子扩散，如果电子比空穴扩散得快，导致光照部分带正电，未照部分带负电，从

7、而产生电动势，即为侧向光电效应光敏电阻光敏二极管光敏三极管光电池光电耦合器光电管光电倍增管光敏晶闸管光电传感器的外观光电池一、光电管及其基本特性１．结构与工作原理三、外光电效应器件——光电管和光电倍增管２．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光通量:光源每秒钟所发出光的量之总和，用于表示灯管射出的光的量，即发光量。通用符号ф表示，单位为流明(Lm)发光强度：光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强