第10章光電式傳感器

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1、主要內(nèi)容：10.1光電效應(yīng)10.2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10.3光電式傳感器的應(yīng)用第10章光電式傳感器第10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。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、光電池、光電耦合器、光纖等等。在計(jì)算機(jī)、自動檢測、控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。第10章光電式傳感器概述指紋鎖門禁光電鼠標(biāo)第10章光電式傳感器概述料位自

2、動控制電動扶梯自動啟停光電開關(guān)第10章光電式傳感器概述光柵光纖光電管光敏電阻10.1光電效應(yīng)第10章光電式傳感器傳統(tǒng)的光敏器件利用各種光電效應(yīng)，光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng):在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管,光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng):在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)，基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻，光敏晶體管等。光生伏特效應(yīng):在光線作用下物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。第1

3、0章光電式傳感器10.1光電效應(yīng)10.1.1工作原理(1)外光電效應(yīng)在光線作用下，電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)。光照射物體時(shí)，電子吸收入射光子的能量，每個(gè)光子具有的能量是：——普朗克常數(shù)()——光的頻率（Hz），波長短，頻率高，能量大第10章光電式傳感器10.1光電效應(yīng)10.1.1工作原理如果光子的能量E大于電子的逸出功A，超出的能量表現(xiàn)在電子逸出的功能，電子逸出物體表面，產(chǎn)生光電子發(fā)射。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：第10章光電式傳感器光電導(dǎo)效應(yīng)

4、：入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。這種效應(yīng)幾乎所有高電阻率半導(dǎo)體都有，為使電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，入射光子的能量E0應(yīng)大于禁帶寬度Eg?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。10.1光電效應(yīng)10.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)第10章光電式傳感器10.1光電效應(yīng)10.1.1工作原理(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(dǎo)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？有下面兩種情況：不加偏壓的PN結(jié)處于反偏的PN結(jié)第10章光電傳感器不加偏壓的PN結(jié)當(dāng)光照

5、射在PN結(jié)時(shí)，如果電子能量大于半導(dǎo)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)之間產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓就是光生電動勢.基于這種效應(yīng)的器件有光電池10.1光電效應(yīng)10.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)第10章光電式傳感器處于反偏的PN結(jié)：無光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很?。挥泄庹諘r(shí)，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，形成光電流，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.10.1

6、光電效應(yīng)10.1.1工作原理(2)內(nèi)光電效應(yīng)第10章光電式傳感器10.2光電器件（1）光電管當(dāng)光線照射在光敏材料上時(shí)，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。因此第10章光電式傳感器10.2光電器件（1）光電管第10章光電式傳感器10.2光電器件（1）光電管光電管器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應(yīng)時(shí)間、峰值探測率和溫度特性來描述。1.光電管的伏安特性在一定的光照射下，對光

7、電器件的陰極所加電壓與陽極所產(chǎn)生的電流之間的關(guān)系稱為光電管的伏安特性。光電管的伏安特性如3圖所示。它是應(yīng)用光電傳感器參數(shù)的主要依據(jù)。（光電管的工作點(diǎn)應(yīng)選在光電流與陽極電壓無關(guān)的區(qū)域內(nèi)）圖3a真空光電管的伏安特性圖3b充氣光電管的伏安特性2.光電管的光照特性??????通常指當(dāng)光電管的陽極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系為光電管的光照特性。其特性曲線如4圖所示。曲線1表示氧銫陰極光電管的光照特性，光電流I與光通量成線性關(guān)系。曲線2為銻銫陰極的光電管光照特性，它成非線性關(guān)系。光照特性曲線的斜率

8、（光電流與入射光光通量之間比）稱為光電管的靈敏度。圖4光電管的光照特性3.光電管光譜特性??????由于光陰極對光譜有選擇性，因此光電管對光譜也有選擇性。保持光通量和陰極電壓不變，陽極電流與光波長之間的關(guān)系叫光電管的光譜特性。一般對于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的極限頻率，因此它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率高于極限頻，并且強(qiáng)度相同，隨著入射光頻率的不同，