光电传感器探讨.ppt

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。 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。 当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。 光敏电阻的主要参数和基本特性 （1）暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、光电流 光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流为暗电流。 在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。 亮电流与暗电流之差为光电流。 光照特性--用于描述光电流与光照强度之间的关系。 多数是非线性的。不宜做线性测量元件，一般用做开关式的光电转换器。 光敏电阻的光照特性 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。 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。适于宇宙飞船、卫星、太空探测器等方面应用。 光敏面 光电池外形 能提供较大电流的大面积光电池外形 * * 光电传感器 光电传感器的构成：光源、光学通路、光电元件。 应用： 1 光量变化的非电量； 2 能转换成光量变化的其他非电量。 特点：非接触、响应快、性能可靠。 被测量 的变化 光信号 的变化 电信号 的变化 概 述 光电式传感器的应用可归纳为四种基本形式，即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式。 光波是波长为10~106nm的电磁波。 1000,000 nm 10 nm 780 nm 380 nm 可见光 红外光 紫外光 性质：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。 光的特性 1. 白炽光源 最为普通的是用钨丝通电加热作为光辐射源。一般白炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围：320 nm~2500 nm, 几乎所有光敏元件都能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。 光源（发光器件） 2. 气体放电光源 利用电流通过气体产生发光现象制成的灯即气体放电灯。 它的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。 构成：发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。 特点：工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。 3. 发光二极管（LED——Light Emitting Diode） R U N P + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - U iD + + _ _ 原理： 当加正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，和P区里的空穴复合；空穴则由P区注入到N区，和N区里的电子复合，这种电子空穴对的复合同时伴随着光子的放出，因而发光。 电子和空穴复合，所释放的能量等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）Eg。所放出的光子能量用hν表示，有 普朗克常数h=6.6╳10-34J.s； 光速c=3╳108m/s； hc=19.8×10-26m?W?s=12.4×10-7m?eV Eg的单位为eV，1eV=1.6╳10-19J。 可见光的波长?近似地认为在7×10-7m以下，所以制作可见光区的发光二极管，其材料的禁带宽度至少应大于 h c / ? =1.8 eV 普通二极管是用硅或锗制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为1.12eV和 0.67 eV，显然不能使用。 发光二极管的光谱特性如图所示。图中砷磷化镓曲线有两根，这是因为其材质成分稍有差异而得到不同的峰值波长?p。除峰值波长?p决定发光颜色之外，峰的宽度（用Δ?描述）决定光的色彩纯度，Δ?越小，其光色越纯。 发光二极管的光谱特性