第7章光电式传感器1(新)2试卷.ppt

* 下图为根据被测物体是否阻挡光源来测定被测物体的物位是否到达预定测定位置。 。 。 发送器 接收器 。 。 发送器 接收器 物位测量 * 二、开关式光电传感器 这类传感器利用光敏元件受光照射的有无，将其电信号转换成开关信号。为此要求光敏元件灵敏度高，感应速度快，而线性要求不高。 这类传感器主要应用于零件或产品的自动记数、光控开关、电子计算机的光电输入设备、光电编码器以及光电报警装置等方面。 * 光电式数字转速仪 工作原理： 图 光电式数字转速仪工作原理图 当电机转动时，调制盘的齿片遮光与不遮光交替出现，光电元件间断地接收反射光信号，输出电脉冲。经放大整形电路转换成方波信号，由数字频率计测得电机的转速。若频率计的计数频率为f，由下式： 式中， z为调制盘的齿（孔）数。 即可测得转轴转速n(r/min)。 * 作 业 13 1、什么是光的二象性？ 2、简述气体放电灯工作原理。 3、什么是发光二极管禁带宽度？ *4、简述发光二极管LED发光原理。 *5、简述激光器的组成及各部分的作用。 * 作 业 14 *1、什么是光电效应？产生光电效应的条件是什么？ 2、什么是光电效应的红限频率？ 3、什么是外光电效应？什么是光电导效应？什么是光伏特效应？ 5、简述光敏三极管的工作原理。 6、简述CCD电荷偶合器件的工作原理。 *7、例举出2个光电传感器应用的实例。 4、简述光电倍增管的工作原理。 * 半导体 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。 物质的导电性的原因在于物质内部原子与原子结合的方式及原子本身的结构，即物质内部运载电荷的粒子（称为载流子，包括电子和空穴）的多少和运动速度的快慢。 金属材料的外层电子受原子的束缚力最小，因此大量的电子能挣脱原子核的束缚而成为自由电子。在外电场的作用下作定向运动而形成电流。所以金属是导电性能良好。 绝缘材料外层电子受原子核的束缚力很大，不容易挣脱出来，因此形成自由电子的机会很小。所以绝缘材料的导电性能很差。 半导体材料的原子结构，其外层电子既不象导体那样容易挣脱，也不象绝缘体那样束缚很紧，介于两者之间。 半导体 * 下面以硅四价元素为例说明半导体结构 当硅半导体材料制成单晶体后，其原子排列就由原杂乱无章的状态变成了排列非常整齐的状态。原子之间的距离都是相等的（约为2.35×10-4微米），每个原子最外层的四个电子，不仅受自身原子的束缚，而且还与周围相邻的四个电子联系；每两个相邻的原子有一对电子；电子对中的任何一个电子，一方面围绕自身原子核运动，另一方面也时常出现在相邻的原子所属的轨道上，这样的组合叫做共价键结构。 半导体 * ● Si Si Si Si Si Si Si Si Si ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ○ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 空穴 载流子 光子激发或热运动产生电子-空穴对 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 自由电子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 硅单晶共价键结构 ● ● ● ● ● ● ● ● ● 由原子理论可知，每个原子的外层有八个电子属于比较稳定的状态，但是硅单晶的共价键结构的特点是它们的外层共有电子所受到的束缚力不象绝缘体那样紧，在光的激发或温度的作用下，其中少数电子可能挣脱束缚而成为自由电子，成为电子载流子。 共有电子在挣脱束缚成为自由电子后，同时留下一个空位；这个空位又由附近的共有电子进行填补，从而形成共有电子的运动。通常把这种带正电荷的空位的移动叫做空穴运动。 通常情况下电子和空穴是成对同时出现的，因此也可称为电子-空穴对。 半导体 * P 型半导体 P型半导体，在纯单晶半导体中硅掺杂三价元素硼（外层有三个电子），硅原子和硼原子组成共价键结构如图所示，形成空穴。掺入的每一个硼原子都有可能提供一个空穴，从而使硅单晶中空穴载流子的数目大大增加。这种半导体几乎没有自由电子，主要靠空穴导电，所以称为空穴半导体或 P 型半导体。 硼原子提供了空穴，它的作用是接受电子，所以 P 型半导体中的硼原子又称为受主原子。 － ＋ 空穴 硼原子 （受主原子） P型半导体结构简化示意图 硼 P 型半导体 硅中掺杂硼形成空穴载流子 （P 型半导体） Si Si B Si Si Si Si Si Si 空穴 载流子 硼 +3 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ○ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● * N 型半导体 ＋