传感器技术-光电传感器特性详解.ppt

由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成 阴极由半导体光电材料锑铯做成，次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。次阴极可达30级。通常为12~14级。;;入射光;光电倍增管的电流放大倍数为;一个光子在阴极能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。 一个光子在阳极上产 生的平均电子数叫光 电倍增管的总灵敏度.;（3）暗电流和本底电流 由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流。 在其受人眼看不到的宇宙射线的照射后，光电倍增管会有电流信号输出—本底脉冲。;国产光电倍增管的技术参数;8.4 　内光电效应器件;如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小： ;光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱特性、很长的使用寿命、高度的稳定性能、小的体积及工艺简单，故应用广泛。;2. 光敏电阻的主要参数和基本特性;（2）光照特性 用于描述光电流与光照强度之间的关系。;（3）光谱特性;(4) 伏安特性;（5） 频率特性;(6) 温度特性;初制成的光敏电阻，性能不稳定。但在人工加温、光照及加负载情况下，性能可达稳定。光敏电阻在最初的老化过程中，阻值会有变化，但最后达到稳定值后就不再变化。这是光敏电阻的主要优点。 光敏电阻的使用寿命在密封良好、使用合理的情况下几乎是无限长的。 ;8.4.2 光电池 ;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。;1. 光电池的结构和工作原理;图8-15 光电池的工作原理示意图;2.　基本特性;(2) 光照特性;(3) 频率特性;(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。;8.4.3 光敏晶体管;P;P;R;30;2. 光敏三极管;普通三极管;光敏三极管;IC;当集电极加上正电压，基极开路 时，集电结处于反向偏置状态。 当光线照射在集电结的基区时， 产生电子、空穴对，光生电子被 拉到集电极，基区留下空穴，使 基极与发射极间的电压升高，相当于给发射结加了正向偏压，使电子大量流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的?倍。;3. 光敏晶体管的主要特性;(2) 伏安特性;(3) 光照特性;(4) 温度特性;(5) 频率特性;8.5 新型光电传感器 8.5.1 高速光电二极管 1. PIN结光电二极管;入射光照射在P层上， 由于P层很薄，大量的 光被较厚的I层吸收， 激发较多的载流子形 成光电流；又PIN结 光电二极管比PN结光 电二极管施加较高的反偏置电压，使其耗尽层加宽。当P型和N型半导体结合后，在交界处形成电子和空穴的浓度差别，因此，N区的电子要向P区扩散，P区空穴向N区扩散。;P区一边失去空穴，留下带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下带正电的杂质离子，在PN交界面形成空间电荷，即在交界处形成了很薄的空间电荷区，在该区域中，多数载流子已扩散到对方而复合掉，即消耗尽了，耗尽层的电阻率很高。扩散越强，耗尽层越宽，PN结内电场越强，加速了光电子的定向运动，大大减小了漂移时间，因而提高了响应速度。PIN结光电二极管仍然具有一般PN结光电二极管的线性特性。;44; 2.雪崩式光电二极管（APD）;当光入射到PN结时， 光子被吸收而产生电子-空穴对。如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初始电子（一次电子）在高电场区获得足够能量而加速运动。高速运动的电子和晶格原子相碰撞， 使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。 新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增， ;8.5.2 色敏光电传感器;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。;8.5.3 光固态图象传感器 ;1．CCD的结构和基本原理;51;P型Si;当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内（如图中Ф1极下），形成电荷包（势阱）。 对于N型硅衬底的CCD器件，电极加正偏压时，少数载流子为空穴。;电荷转移的控制方法，非常类似于步进电极的步进控制方式。也有二相、三相等控制方式之分。下图以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。; 三相控制是在线阵列的每一个像素上有三个金属电极P1,P2,P3,依次在其上施加三个相位不同的控制脉冲Φ1，Φ2，Φ3，见