光电式传感器-光电器.pptxVIP

第8章 光电式传感器 ;光电效应； 光电器件工作原理、基本特性； 光纤传感器工作原理与应用。 ; 8.0 概述 ;2. 光电传感器的组成;4. 光电传感器的特点;光电效应 ;E=hυ ; 在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。; 光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸出电子的动能。根据能量守恒定理得： ;光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。 红限频率为: v=A0 /h 红限波长为：λ=ch /A0 ; 2. 内光电效应 ;导带;式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。;（2） 光生伏特效应 ; 光敏电阻为纯电阻元件，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。其常用的材料有硫化镉（CdS）、硫化铅（PbS）、锑化铟（InSb）等。 ; 在顶部有两片梳状的金属电极，从波纹状梳齿缝隙里露出来的物质为半导体光敏层。 光敏电阻的电极采用梳状图案，由于在间距很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积，所以提高了光敏电阻的灵敏度。 ;光敏电阻实物图 ; 其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。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。 ;光敏电阻演示 ;2.光敏电阻的主要参数; 3. 光敏电阻的基本特性 ; 在一定光照度下，所加电压越大，光电流也越大! 同一般电阻一样，光敏电阻两端的电压也不能无限制地提高，因为，光敏电阻都有最大额定功率，图中虚线为允许功耗曲线，由它可确定光敏电阻的正常工作电压。 超过最高工作电压和最大额定电流，就可能导致光敏电阻的永久损坏。; 在一定电压条件下，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。; 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。;当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。;图8-5 光敏电阻的光谱特性 ; 光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数τ表示。 大多数的光敏电阻时间常数都较大， 这是它的缺点之一。 不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数（毫秒数量级）， 因而它们的频率特性也就各不相同。 ; 光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化不仅影响光电器件的灵敏度，同时对光谱特性也有很大的影响。 图8-7为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线，它的峰值随着温度上升向波长短波的方向移动。因此 ; 光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点，所以应用广泛。 许多光敏电阻对红外线敏感，适宜于红外线光谱区工作。 光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐，并且由于光照特性的非线性，不适宜于测量要求线性的场合，常用作开关式光电信号的传感元件。; 光敏二极管又称光电二极管，是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件。;红外发射、接收对管外形 ; 势垒效应（结光电效应） ; 在热平衡状态下，电子在能带中的分布不再服从波尔兹曼分布，而是费米分布， 叫做费米能级 。;杂质半导体的费米能级（掺杂能级）;PN结的费米能级; 以PN结为例，光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。; 在无光照时，处于反偏的光敏二极管工作在截止状态，其反向电阻很大，反向电流很小，这种反向电流称为暗电流。 当有光照射到光敏二极管的PN结时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，它们在反向电压和内电场的作用下，漂移越过PN结，形成比无光照时大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。 此时，光敏二极管的反向电阻下降。 若入射光的强度增强，产生的电子-