光电传感器(光电器件原理和特性).ppt

传感器技术韩君 光敏传感器-理论 内容 光敏传感器 光敏器件类型和原理 常用光敏器件特性和基本应用 光敏二极管 光敏晶体管 光敏电阻 光敏传感器 光敏传感器的工作原理是：把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光敏器件变换成电信号，检测电路对电信号进行处理。 光敏传感器 光敏传感器的构成：光源、光学通路、光敏器件、检测处理电路。 常用光源：白炽灯、气体放电光源、LED、激光器（固体、气体、液体、半导体激光器） 光敏传感器特点：非接触、响应快、性能可靠。 光敏器件类型和原理 光敏器件是把光信号转换为电信号的一种元器件，广泛应用于自动控制、安防、广播电视等领域。 半导体光敏器件体积小、重量轻、灵敏度高、功耗低、便于集成。 光敏器件的工作基础是光电效应。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，被光激发产生的电子逸出物质表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象，称为内光电效应。 光电效应 外光电效应：物质吸收光子并激发出自由电子的现象。基于外光电效应的器件有光电管、光电倍增管。 内光电效应： 光电导效应：当入射光子射入到半导体时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其电导率增大。基于这种效应的器件有光敏电阻。 光生伏特效应：在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、光敏三极管。 检测对象 可见光和不可见光，不可见光有紫外线和近红外线 由于光的波长和电磁波的性质不同，要根据被检测对象的性质，即光的波长和响应速度来选择传感器 常用光敏器件 器件介绍--光敏电阻 器件介绍--光敏电阻 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）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 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。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。 光敏电阻特点 光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外辐射）； 偏置电压低，工作电流大； 动态范围宽，既可测强光，也可测弱光； 光电导增益大，灵敏度高； 无极性，使用方便； 在强光照射下，光电线性度较差 光电响应时间较长，频率特性较差。 光敏电阻的主要参数 暗电阻：光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。  亮电阻：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。  光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。  光的波长 光敏电阻应用电路 应用电路分析 图1.34 亮光报警电路P28 图1.35 标志灯电路P29 器件介绍—光电二极管—概述 光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？ 普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 检测方法 ①电阻测量法 　　用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 检测方法 ②电压测量法 　　用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。。 检测方法 ③短路电流测量法 　　用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。  如何区分发光二极管和光敏二极管 判据一：在红外对管的端部不受光线照射的条件下调换表笔测量，发射管的正向电阻小，反向电阻大，且黑表笔接正极(长引脚)时， 电阻小的(1k—20k)是发射管。正反向电阻都很大的是接收管。 判据二：黑表笔接负极(短引脚)时电阻大的是发射管，电阻小并且万用表指针随着光线强弱变化时，指针摆动的是接收管。