光电式传感器具体应用.ppt

第8章 光电效应及普通光电器件 主要内容： 8.1 光电效应 8.2 光电器件 光电管、光电倍增管、光敏电阻、 光电晶体管、光电池、色敏、 其他光电器件 概述 概述 概述 第8章??????光电式传感器 8.1 光电效应 8.1 光电效应 8.1.1 外光电效应 8.1 光电效应8.1.2 内光电效应 8.1 光电效应8.1.2 内光电效应 8.1 光电效应8.1.2 内光电效应 8.2 光电器件 8.2.1 光电管 习题与思考题： 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 硅（Si）光敏三极管 光敏晶体管一般是NPN结构，光照射在集电结的基区产生电子-空穴对，电场作用下，光生电子被拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极之间的电压升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，形成三极管输出电流,使晶体管具有电流增益。在负载电阻上的输出电压为 —晶体管电流放大系数 N N P c b e + - 光敏三极管等效电路 8.2 光电器件 8.2.4 光敏晶体管 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 由伏安特性曲线可见光敏晶体管对光信号具有放大作用 光敏晶体管伏安特性曲线 8.2 光电器件 8.2.4 光敏晶体管 光敏晶体管伏安特性 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 光敏晶体管的光谱特性 硅材料的光敏管峰值波长在0.9μm附近（可见光） 灵敏度最大； 探测可见光或赤热状 物体时波长短,一般都 用硅管0.9 μm； 锗管的峰值波长约为 1.5 μm（红外光） 对红外进行探测时用 锗管较适宜。 基本参数 光敏晶体管光谱特性 8.2 光电器件 8.2.4 光敏晶体管 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 硅光敏三极管基本参数 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 光电池工作原理也是基于光生伏特效应，是直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源(太阳能电池) 所以广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。 光 电 池 符 号 8.2 光电器件 8.2.5 光电池 光信号 光电池 电信号 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 太阳能手机充电器 LED 太阳能 供电警示牌 太阳能电池 8.2 光电器件 8.2.5 光电池 光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。硒、硅光电池转换效率高、价廉；砷化镓材料的光谱响应与太阳光谱吻合、耐高温和宇宙射线。 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 光电池结构 光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅状受光电极，下面有一抗反射膜，下电极是一层衬底铝。 原理：当光照射PN结的一个面时，电子—空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般普通光电池可产生0.2V～0.6V电压，50mA电流。 光电池结构 光电池工作原理示意图 8.2 光电器件 8.2.5 光电池 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 1.光照特性 开路电压—光生电动势与照度之间关系；开路电压与光照度关系是非线性关系，开路电压在照度2000lx趋于饱和。 短路电流—光电流与照度之间关系称短路电流曲线，短路电流是指外接负载相对内阻很小时的光电流。 实验证明，RL小线性范围好，具体根据光照大小而定，通常RL≈100Ω 光电池做电源时当电压源使用,用做控制元件时当电流源使用。 光电池光照与负载的关系 光电池光照特性 8.2 光电器件 8.2.5 光电池 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 2.光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度不同 硅光电池的光谱响应峰值在0.8μm附近，波长范围0.4～1.2μm。硅光电池可在很宽的波长范围应用。 硒光电池光谱响应峰值在0.5μm附近, 波长范围0.38～0.75μm。 8.2 光电器件 8.2.5 光电池 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 硅光电池特性参数 传感器原理及应用 第8章??????光电式传感器 8.2 光电器件  8.2.6 色敏传感器 色敏传感器是一种半导体光敏器件，工作原理基于光电效应，该器件可将不同波长的光信号转换为不同电流信号的输出，视为光辐射探测器。 光在半导体中传播时的衰减是由于电子吸收光子，从价带跃迁到导带的结果，该过程称为本征吸收，吸收系数随入射波长变化。 本征吸收 导带 价带 电 子 吸 收 光 子 能 量 禁带 自由状态 传感器原理