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机械工业出版社 中等职业教育电气类规划教材 《自动检测与转换技术》 第十章(上) 多媒体课件 2009－5－1 更新 9/12/2023 1 第十章 光电传感器 在这一章里，卡卡要给大家简单介绍光电 效应，着重讲解光电元件的原理、分类、特 性、电路接线以及光电传感器的应用。 光电传感器的最大特点是非接触测量。 9/12/2023 1860年，英国物 理学家麦克斯韦建 立了电磁理论，认 识到光是一种电磁 波。 1905年，德国 物理学家爱因斯坦 用光量子学说解释 了光电发射效应， 并为此而获得1921 年诺贝尔物理学奖。 9/12/2023 3 第一节 光电效应及光电元件 用光照射某一物体，可以看作物体 受到一连串能量为hf的光子的轰击，组 成这物体的材料吸收光子能量而发生相应 电效应的物理现象称为光电效应。 外光电效应：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 有紫外光电管、光电倍增管、 光电摄像管等。 10/15/2023 4 紫外管外形 当入射紫外 线照射在紫外管阴 极板上时，电子克 服金属表面对它的 束缚而逸出金属表 面，形成电子发射。 紫外管多用于紫外 线测量、火焰监测 等。 10/15/2023 紫外线 5 当光敏电阻受到 光照时， 阻值减小。 10/15/2023 6 光敏电阻 光敏电阻 原理演示 当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子-空穴对 增加，阻值 减小，电流 增大。 光照变化产生的电流 10/15/2023 称为暗电流 暗电流(越小越好) 7 光敏二极管 将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方， 光 照射到光敏二极管的 PN结时， 电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。 10/15/2023 8 光敏二极管阵列 包含1024个InGaAs 元件的线性光电二极管阵 列，可用于分光镜。 光敏二极管外形 10/15/2023 9 红外发射、接收对管外形 红外发射管 红外接收管 10/15/2023 10 光敏二极管的反向偏置接法 在没有光照时，由 于二极管反向偏置，所 以反向电流很小，这时 的电流称为暗电流，相 当于普通二极管的反向 饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结(又称 耗尽层)上时， 在PN结 附近产生的电子-空穴 对数量也随之增加，光 电流也相应增大，光电 流与照度成正比。 10/15/2023 11 当光照增加 时， 光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 12 光敏二极管的反向偏置接线 (参考上页图)及光电特性演示 在没有光照时，由于二 极管反向偏置， 反向电流( 暗电流)很小。 光敏二 极管的 反向偏 置接法 光照 + 10/15/2023 U — O 光敏三极管 光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似， 有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负(C 、E) 两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。 10/15/2023 13 光敏三极管外形 10/15/2023 14 a) 内部组成 b)管芯结构 c ) 结构简化图 1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 8—SiO2保护圈 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区 12—发射结 光敏三极管内部结构 10/15/2023 15 硅光敏晶体管 的光谱特性 电磁波频谱 10/15/2023 16 请判断光敏二极管、 三极管的灵敏度 孰高孰低 光敏二极管、三极管的光电特性比较 1请0/15作/2023图计算当E=100lx时，光敏二极管的光电流IΦ 0.3mA 0 光敏 三极管 光敏 二极管 I 4mA 光照 E 光电流 3000lx Φ 17 光敏晶闸管 光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a 、阴极 k和门极g 。它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸