第七章_光电式传感器(上课).ppt

7.5 光电传感器的应用 (4) 频率特性 减小负载电阻可以提高响应频率，但将使输出降低。故使用时要根据频率选择最佳的负载电阻。硅管的响应频率比锗管的好。 20 40 60 80 100 相对灵敏度（%） f(kHZ) 1 10 100 0 RL=1kΩ RL=10kΩ RL=100kΩ 7.4 光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的光电器件。由于它可把太阳能直接转变为电能，因此又称为太阳能电池。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。故光电池是有源元件。 光电池有硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池等。目前，应用最广、最有发展前途的是硅光电池和硒光电池。 硅光电池的价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。硒光电池的光电转换效率低、寿命短，适于接收可见光。砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性与太阳光谱最吻合，且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。因此，它在宇宙飞船、卫星、太空探测器等的电源方面应用最广。 1. 光电池的结构和工作原理 图7-12 光电池的结构图 下电极 梳状电极 SiO2抗反射膜 P N 硅光电池的结构如图。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质（如硼）形成PN结。 图7-13 光电池的工作原理示意图 RL I - - - mA V + + + P N 当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。 若将PN结两端用导线连起来，电路中就有电流流过。若将外电路断开，就可测出光生电动势。 2.　基本特性 （１）光谱特性 故硒光电池适用于可见光，常用于分析仪器、测量仪表。如用照度计测定光的强度。 硅光电池的光谱峰值在800nm附近，硒的在540nm附近。 20 40 60 80 100 硒 硅 入射光波长λ/nm 0 400 600 800 1000 1200 相对灵敏度/% 图7-15 光电池的光谱特性 (2) 光照特性 ①不同光照射下有不同光电流和光生电动势。②短路电流在很大范围内与光强成线性关系。 图7-14 光电池的光照特性 开路电压 0.1 0.3 0.2 照度/lx 0 2000 4000 光生电流/mA 0.2 0.6 0.4 光生电压/V 短路电流 ③开路电压与光强是非线性的，且在2000 lx时趋于饱和。④光电池作为测量元件时，应把它作为电流源的形式来使用，不宜用作电压源，且负载电阻越小越好。 (3) 频率特性 硅光电池有很高的频率响应，可用于高速记数、有声电影等方面。 光电池的频率特性是反映光的交变频率和光电池输出电流的关系。 图7-16 光电池的频率特性 20 40 60 80 100 硒光电池 硅光电池 0 1500 3000 4500 6000 7500 相对光电流/% 入射光调制频率/Hz (4) 温度特性 主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。 开路电压随温度升高而下降的速度较快。 短路电流随温度升高而缓慢增加。 因此作测量元件时应考虑进行温补。 图7-17 光电池的温度特性 开路电压 温度/℃ 光生电流/mA 1.8 2.2 2.0 光生电压/V 短路电流 100 200 300 400 500 0 20 40 60 80 100 光电鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。 7.6 色敏光电传感器 不同区域对不同波长分别具有不同 灵敏度，浅结对紫外光灵敏度高。 N P 1 2 3 P+ 1 2 3 根据光学性能，不同颜色的光在不同的介质中的穿透能力不同。利用不同介质对某一色光的吸收，用这种色光去投射液体管道，根据接收到的光强来判断管道中的液流介质。 7.7 光固态图象传感器 光固态图象传感器由光敏元件阵列和电荷转移器件集合而成。它的核心是电荷转移器件CTD（Charge Transfer Device），最常用的是电荷耦合器件CCD（Charge Coupled Device）。由于它具有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能，以及集成度高、功耗低的优点，因此被广泛地应用。 * * 第七章 光电式传感器 7.1.1 外光电效应 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。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。 7.1 光电效应 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A。 2.