自动检测技术教学课件ppt作者刘丽红第5章光电传感器PPT课件.pptVIP

第五章 光电传感器 主要讲授: 1、光电效应 2、光电器件（光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管、光电池）的工作原理、基本特性，光电阵列。 3、光电传感器的应用 需要掌握的内容： 1、理解光电效应 2、理解光电器件的工作原理，掌握光电器件的基本特性 3、掌握光电传感器的应用 导入： 爱因斯坦认为，光由光子组成，每一个光子具有的能量为 ，正比于光的频率，即（ 为普郎克常数），光子的频率越高（即波长越短）光子的能量就越大。 绿色光的光子就比红色光的光子能量大，相同光通量的紫外线能量比红外线的能量大得多，紫外线可以杀死病菌，改变物质的结构等。 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。 光电器件的物理基础是光电效应，此种测量方法具有反应快，非接触等优点，故在非电量检测中应用较广。 5.1 光电效应及光电元件 5.1.1 光电效应 光电效应：用光照射到某一物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发 生相应电效应的现象称为光电效应。产生的光电效应现象诸 如电阻率的变化、电子逸出、电动势的变化等。 外光电效应：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 光电导效应：光敏电阻、光敏二极管、光敏三 极管、光敏晶闸管。 内光电效应 光生伏特效应：光电池 2、光敏电阻 它的工作原理基于内光电效应：若光子能量 大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子能量后跃迁到导带，就产生一个电子—空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。入射光消失，电子—空穴对逐渐复合，电阻值也逐渐恢复原值。 材料：金属硫化物、硒化物、蹄化物等。 暗电阻：置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻值。 亮电阻：置于室温和一定光照度下测得的稳定电阻值。 3、光敏二极管 普通的二极管不论在有光照射或者无光情况下，都单向导通， 而光敏二极管在有光照射时双向导通。 几种新型的光敏二极管 PIN光敏二极管 它是在P区和N区之间插入一层电阻率很大的I层，从而减小了PN 结的电容，提高了工作频率。工作电压高达100V左右，光电转换效 率较高，灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆 赫 ，可用作光盘的读出光敏元件，特殊结构的可用于测量紫外线或 射线，以及短距离光纤通信。 APD光敏二极管（雪崩光敏二极管） 它利用了二极管的雪崩效应，灵敏度极高，响应速度极快，响应 频率可达几千兆赫，可用于光纤通信及微光测量。 4、光敏三极管 光敏三极管有两个PN结，它的灵敏度比二极管高许多倍。 5、光敏晶闸管 导通电流比光敏三极管大得多，工作电压可达数百伏，输出 功率大。 5.1.3 光电器件的基本特性 （1） 光电特性：光电特性是指在加在光电元件上的电压不变的情 况下，光照度与光敏器件的电阻或光电流之间的关系。 从图5-8可以看出：此种光敏晶体管光电流与光照度成线性关 系， 光敏三极管的光电特性曲线斜率较大，说明其灵敏度较高。 （2）伏安特性：在保持入射光频谱成分不变的条件下，光电器件的电流和电压之间的关系称为光电器件的伏安特性。 （3）光谱特性 是指光线波长和相对光谱灵敏度之间的关系。 结论：1、当入射光波长增加时，光电器件的相对灵敏度会下降； 当入射光波太短时，相对光谱灵敏度也下降 。 2、材料不同，则响应峰值波长也不同，以此可确定光源和 光电器件的最佳匹配。 （4）温度特性：温度特性是指光电器件在工作温度范围内的灵敏度、暗电流或光电流与温度的关系。 由于硅管的暗电流比锗管小几个数量级，所以在微光测量中采用硅管，并用差动电路来减小温度的影响。 硅光敏三极管的灵敏度比光敏二极管高，但它的温漂大，所以在精密测量中，一般采用硅光敏二极管。 （5）频率特性和时间常数 光敏管频率特性是指其受不同频率的调制光照时，它的输出与调制频率的关系。图5-12是光敏二极管的频率特性曲线。 光敏管的响应时间常数一般在 10-4s～