第九章 1 光电式传感器.ppt

现代检测技术 光电式传感器 光电器件 光电式传感器 一、外光电效应 外光电效应 外光电效应 其他特性： 暗电流：无光照时，光电流不为零的现象； 温度特性：光电管的光照特性、伏安特性等会受温度影响； 频率特性：当光强按照一定频率变化时，光电流随频率变化的关系； 稳定性和衰老：短期稳定性好；入射光越强衰老越快。 光电二极管 四、光电传感器的特点和应用 光电二极管、光电三极管比较 光敏三极管的光电流比同管型二极管的光电流大上百倍； 在零偏压时，二极管仍有光电流输出（光生伏特效应），三极管则没有。 光电二极管、光电三极管比较 光电二极管、光电三极管比较 内光电效应：又称光导电效应， 在一定波长光照作用下，物体导电性能发生改变的现象。内光电效应产生的自由电子停留在物体内部，不发生电子逸出。 内光电效应器件：光敏电阻、由光敏电阻制作的光导管。 光敏电阻是纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。 光敏电阻具有灵敏度高、体积小、质量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动、寿命长等优点。制作光敏电阻的材料有硫化镉、硫化铅、硒化铟、硒化镉、硒化铅等。 特点：无极性 三、内光电效应 光敏电阻的结构：管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电半导体，一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，电极一般采用梳状图案。 光敏电阻 光敏电阻基本特性 大多数暗电阻1MΩ~100MΩ，亮电阻1kΩ，灵敏度相当高。 光敏电阻基本特性 光敏电阻基本特性 光敏电阻基本特性 0 500 1000 1500 2000 2500 光敏电阻基本特性 光敏电阻的频率特性较差，当光敏电阻突然受到光照时，电导率上升到饱和值的63%所用的时间称为上升时间常数；反之有下降时间常数。 时间常数的大小可以说明频率响应的好坏。 光敏电阻基本特性 稳定性：通过人为老化的光敏电阻性能达到稳定后，在使用合理的情况下，寿命几乎是无限长的。 Xi’an Jiaotong University 精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事 光电管 光电池 光敏电阻 2，光生伏特效应：在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象。 将被测物理量通过光量的变化转换为电量变化，工作基础是光电效应。 光电效应按原理又分为以下3种： 1，外光电效应：在光照作用下，物体内电子逸出物体表面，在回路中形成光电流的现象。 3，内光电效应：又称光导电效应， 在光照作用下，物体导电性能发生改变的现象。 外光电效应：在光照作用下，物体内电子逸出物体表面，形成光电流。 频率为ν的光子能量为： 光子能量被电子吸收后，能量转化为电子逸出功A和动能，即： 式中：h——普朗克常数，6.626×10-34J·s； ν——入射光频率，s-1； m——电子质量； v——电子逸出速度； A——物体的逸出功。 光电子逸出时所具有的初始动能Ek与光的频率有关，频率高则动能大。 a. 光电子逸出物体表面的必要条件 由于不同材料具有不同的逸出功，因此对某种材料而言便有一个频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率”。 b. 在足够外加电压作用下，入射光频率不变时，单位时间内发射的光电子数与入射光强成正比。因为光越强，光子数越多，产生的光电子也相应增多。 c. 欲使光电子初始速度为零，需要在阳极加上反向截止电压，并且 光电管 金属底层光电管 光透明光电管 在真空玻璃管内装入两个电极——光电阴极与光电阳极。光电管的阴极受到适当的光线照射后发射电子，这些电子在电压作用下被阳极吸引，形成光电流。 充气光电管——在玻璃管内充入氩、氖等惰性气体。当光电子被阳极吸引时会对惰性气体进行轰击，从而产生更多的自由电子，提高了光电转换灵敏度。 外光电效应应用器件 光电管的基本特性 1 2 光电管的基本特性 光电管的基本特性 光电管的基本特性 光电管的基本特性 光电倍增管 在一个玻璃泡内除装有光电阴极和光电阳极外，还有若干个光电倍增极。倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。前一级倍增极反射的电子恰好轰击后一级倍增极，在每个倍增极间依次增大加速电压。光电倍增管的灵