第8章 光電式傳感器

《第8章 光電式傳感器》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、傳感器原理及應(yīng)用第8章光電式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器主要內(nèi)容：8.1光電效應(yīng)8.2光電器件光電管、光電倍增管、光敏電阻、光電晶體管、光電池、其他光電器件、電荷耦合器件8.3光纖傳感器8.4光柵式傳感器傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器概述光電傳感器是將被測量的變化通過光信號變化轉(zhuǎn)換成電信號，具有這種功能的材料稱為光敏材料，做成的器件稱光敏器件。在計算機、自動檢測、控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。光敏器件種類很多，如：光電管、光敏二極管、光電倍增管、光敏三極管、光敏電阻、光

2、電池、光電耦合器、光纖等等。光信號光電傳感器電信號傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器概述指紋鎖指紋門禁光電鼠標傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器概述料位自動控制電動扶梯自動啟停光電開關(guān)傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器概述光柵光纖光電管光敏電阻8.1光電效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器光敏器件主要利用各種光電效應(yīng)光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光電導效應(yīng)光生伏特效應(yīng)傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.1光電效應(yīng)(1)外光電效應(yīng)在光

3、線作用下，電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)。J.Sg——普朗克常數(shù)()——光的頻率（Hz），波長短，頻率高，能量大每個光子具有的能量是：入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電子與光強成正比傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.1光電效應(yīng)(1)外光電效應(yīng)光照射物體時，物體中電子吸收入射光子的能量E，當物體吸入的能量超出逸出功A時電子就會逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射。超出的能量就表現(xiàn)在電子逸出的動能上。能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于光子的能量是否大于物體表面的電子逸出功。由能量守恒定律有：A—電子

4、的逸出功；一個電子逸出的動能（能量）；愛因斯坦光電效應(yīng)方程傳感器原理及應(yīng)用光電導效應(yīng)：入射光強改變物質(zhì)導電率的物理現(xiàn)象稱光電導效應(yīng)這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導體都有，由于在入射光作用下電子吸收光子能量，從價帶激發(fā)到導帶過度到自由狀態(tài)，同時價帶也因此形成自由空穴，使導帶電子和價帶空穴濃度增大引起電阻率減小。為使電子從價帶激發(fā)到導帶，入射光子的能量E0應(yīng)大于禁帶寬度的能量Eg?；诠怆妼?yīng)的光電器件有光敏電阻。8.1光電效應(yīng)(2)內(nèi)光電效應(yīng)第8章??????光電式傳感器導帶價帶電子吸收光子能量禁帶光E0

5、自由狀態(tài)Eg〈E0電子傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.1光電效應(yīng)(2)內(nèi)光電效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)是半導體材料吸收光能后，在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。為什么PN結(jié)會因光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)呢？下面分兩種情況討論：不加偏壓時的PN結(jié)處于反偏時的PN結(jié)PN電子空穴---+++-+光源傳感器原理及應(yīng)用第8章光電傳感器不加偏壓時的PN結(jié)當光照射在PN結(jié)時，如果電子能量大于半導體禁帶寬度（E0＞Eg）,可激發(fā)出電子——空穴對在PN結(jié)內(nèi)電場作用下空穴移向P區(qū)，而電子移向N區(qū)使P區(qū)和N區(qū)之間

6、產(chǎn)生電壓，這個電壓就是光生電動勢.8.1光電效應(yīng)(2)內(nèi)光電效應(yīng)PN電子空穴---+++-+光源基于這種效應(yīng)的器件有光電池PN結(jié)開路電壓：傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器處于反偏時的PN結(jié)：無光照時，反向電阻很大，反向電流很?。挥泄庹諘r，光子能量足夠大產(chǎn)生光生電子—空穴對，在PN結(jié)電場作用下，電子N，空穴P運動，形成光電流；光電二極管一般反向連接。電流方向與反向電流一致，光照越大光電流越大。具有這種性能的器件有：光敏二極管、光敏晶體管從原理上講，不加偏壓的光電二極管就是光電池。8.1光電

7、效應(yīng)(2)內(nèi)光電效應(yīng)EPN電子空穴---+++-+光源I-+傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.2光電器件（1）光電管光電管是一個抽真空或充惰性氣體的玻璃管，內(nèi)部有光陰極、陽極，光陰極涂有光敏材料，當光線照射在光敏材料上時，如果光子的能量E大于電子的逸出功A（E＞A），會有電子逸出產(chǎn)生電子發(fā)射。電子被帶有正電的陽極吸引，在光電管內(nèi)形成電子流，電流在回路電阻R上產(chǎn)生正比于電流大小的壓降。入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電子與光強成正比傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.2光電

8、器件（1）光電管主要用于：分光光度計、光電比色計等分析儀器和各種自動裝置。傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器8.2光電器件（2）光電倍增管光照很弱時，光電管產(chǎn)生的電流很小，為提高靈敏度常常使用光電倍增管。如核儀器中閃爍探測器都使用的是光電倍增管做光電轉(zhuǎn)換元件。光電倍增管是利用二次電子釋放效應(yīng)，高速電子撞擊固體表面，發(fā)出二次電子，將光電流在管內(nèi)進行放大。傳感器原理及應(yīng)用第8章??????光電式傳感器光電倍增管的光陰極和陽極之間被加了許多倍增極（