第7章光電式傳感器和光纖傳感器ppt課件.ppt

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1、第7章光電式傳感器和光纖傳感器將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。光電式傳感器的工作原理是：首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號。光電傳感器的工作基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。7.1光電效應(yīng)和光電器件光電效應(yīng)按其作用原理可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。一、外光電效應(yīng)在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件由光電管、光電倍增管等。我們知道，光子是具有能量的粒子，每個光子具有的能力由下式確定。若物體中電子吸收的入射光的能量足以克服逸出功A0時，電子就逸出物體表

2、面，產(chǎn)生電子發(fā)射。故要使一個電子逸出，則光子能量hν必須超出逸出功A0，超過部分的能量，表現(xiàn)為逸出電子的動能。即二、內(nèi)光電效應(yīng)受光照的物體導電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為以下兩大類。1）光電導效應(yīng)。在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電阻率變化，這種效應(yīng)稱為光電導效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的器件有光敏電阻等。2）光生伏特效應(yīng)。在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的器件有光電池和光敏晶體管等。三、光敏電阻為了防止周圍介質(zhì)的影響,在半導體光敏層上覆

3、蓋了一層漆膜,漆膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。1.光敏電阻的結(jié)構(gòu)它是涂于玻璃底板上的一薄層半導體物質(zhì),半導體的兩端裝有金屬電極,金屬電極與引出線端相連接,光敏電阻就通過引出線端接入電路。2.光敏電阻的工作原理光敏電阻又稱光導管,它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時,光敏電阻值（暗電阻）很大,電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值（亮電阻）急劇減少,電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越

4、小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級,亮電阻在幾千歐以下。3．光敏電阻的主要參數(shù)１）暗電阻光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻,此時流過的電流稱為暗電流。２）亮電阻光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻,此時流過的電流稱為亮電流。３）光電流亮電流與暗電流之差稱為光電流。4．光敏電阻的基本特性1）伏安特性：在一定照度下,流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系①一定光照，R一定，I正比于U。②一定電壓，I隨著光照E增強而增大。E↑→R↓→I↑。2)光照特性（I～E）光敏電阻的光照特性為非線性，不宜作

5、檢測元件，主要用于自動控制中。3）光譜特性（Kr%）光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性。亦稱為光譜響應(yīng)。①不同材料，其峰值波長不同。②同一種材料，對不同波長的入射光，其相對靈敏度不同，響應(yīng)電流不同。應(yīng)根據(jù)光源的性質(zhì)，選擇合適的光電元件（匹配）使光電元件得到較高得相對靈敏度。4）溫度特性溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng)。硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線,它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此,硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對于可見光的光敏電阻,其溫度影響要小一些。5.光敏電阻的應(yīng)用1.光照度計農(nóng)作物日照時

6、數(shù)測定。輸出接單片機的I/O口，每2分鐘對此口查詢1次，為高電平，計數(shù)一次，為低電平，不計數(shù)。1天查詢720次。無光照V0=VL。有光照V0=VH。2.環(huán)境照度監(jiān)視器3.帶材跑偏檢測儀四、光敏二極管與三極管一.光敏二極管1.工作原理與結(jié)構(gòu)光敏二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管一樣，都有一個PN結(jié)，兩根電極引線，而且都是非線性器件，具有單向?qū)щ娦?。不同之處在于光敏二極管的PN結(jié)狀在管殼的頂部，可直接受到光的照射，其結(jié)構(gòu)和電路如圖所示。沒有光照射時，處于反向偏置的光敏二極管，工作于截止狀態(tài),這時只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層，形成微小的反

7、向電流即暗電流。這時反向電阻很大。當光照射在PN結(jié)上時,光子打在PN結(jié)附近,PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和光生空穴對。從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在反向外加電壓和內(nèi)電場的作用下,P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流大為增加，形成光電流。這時二極管處于導通狀態(tài)。光的照度越大,光電流越大。2.光敏二極管的基本特性1）光譜特性在入射度一定時，輸出的光電流（或相對靈敏度）隨光波波長的變化而變化。一種光敏二極管只對一定波長的入射光敏感，這就是它的光譜特性。如圖所示。2）伏安特

8、性3）光照特性4）溫度特性溫度變化對光敏二極管輸出電流影響較小,但對暗電流的影響卻十分顯著.3.光敏二極管的應(yīng)用1）光電路燈控制電路2）光強測量電路二.光敏三級管光電三極管比具有相同有效面積的