第8章光电式1.1光敏电阻分解.ppt

光敏电阻的光谱特性 * * 第8章 光电式传感器 （photoelectricity style sensor） 8.1 光电器件 8.2 光纤传感器 光电式传感器是将被测量的变化转换成光 信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。 光源 光学通路 光量 光量 光电元件 电量 电量输出 测量电路 8.1 光电器件 1. 外光电效应 E = hυ h=6.626×10-34(J·s) υ —光的频率（s-1） 在光线作用下，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。 向外发射的电子叫光电子。 （photoelectron） 基于外光电效应的光电器件： 光电管 光电倍增管。 . 爱因斯坦光电效应方程 2. 内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。 （1） 光电导效应 在光线作用下，半导体材料吸收了入射光子能量， 若光子的能量足够大，就会激发出电子－空穴对，使载流子浓度增加， 半导体的导电性增加，阻值减低，称为光电导效应。 例如：光敏电阻。 （2） 光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。 例如光电池。 8.1.1 光敏电阻 1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好， 亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。 暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构很简单， 图8-2（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图 在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。 半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜， 漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。 为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。 2. 光敏电阻的主要参数 (1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。 (2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。 (3) 光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。 3. 光敏电阻的基本特性 (1) 伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。 图8-3为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。 硫化镉光敏电阻的伏安特性 光敏电阻在一定电压范围内， 其 I——U 曲线为直线。 电阻值与入射光量有关，而与电压电流无关。 （2）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流 I 和光照强度之间的关系。 不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。 图8-4为硫化镉光敏电阻的光照特性。 光敏电阻的光照特性 (3) 光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。 光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。 图8-5 为几种不同