光电式传感器1.pptVIP

第5章? 光电式传感器 ???? ? 1.外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。所有金属中，都存在大量的自由电子。当光照射时，其中一部分被吸收，使金属发热；而另一部分激发电子（电子获得能量），使其逸出金属表面。 紫外管外形 当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。 光敏电阻 当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。 光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。 基于光生伏特效应的光电元件 ——光电池 在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对， 光生 电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。 光电池外形 光电池在动力方面的应用（续） 2. 基本特性 （1）光电池的光电特性 一个典型的硅光电池的光电特性 1—开路电压曲线 2—短路电流曲线 光敏二极管 将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。 光敏二极管的反向偏置接法 在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。 光敏二极管的反向偏置接线及光电特性演示 在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。 光敏三极管 光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。 光敏三极管外形 光电特性 光电流 3）恒光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被测物表面反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数。 4）???恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸。 5.3.2 光电传感器的应用举例 一、光源本身是被测物的应用实例 1.红外线辐射温度 ? 2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用 ??????????? （1）热释电效应 （2）对信号处理电路的要求 实际使用中可以根据光源性质来选择光电池，反之，也可根据现有的光电地来选择光源。 (3) 频率特性 光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。图示为光电池的频率响应曲线。由图可知，硅光电池具有较高的频率响应，如曲线2，而硒光电池则较差，如曲线1。 20 40 60 80 100 0 I / % 1 2 3 4 5 1 2 f / kHz 1——硒光电池 2——硅光电池 （4）温度特性 光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。 20 0 40 60 90 40 60 UOC/ mV T / oC ISC UOC ISC / μA 600 400 200 UOC——开路电压 ISC ——短路电流 硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线 四、光敏二极管和光敏三极管 光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。它和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为几μA到几十μA。按材料分，光电二极管有硅、砷化镓、锑化铟光电二极管等许多种。按结构分，有同质结与异质结之分。其中最典型的是同质结硅光电二极管。 国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列