光电池光电阻

1、 光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，它是构成光电式传感器最主要的部件。 光电器件响应快、结构简单、使用方便，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中，应用非常广泛。 光电检测方法具有精度高、反映快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 hEh普朗克常数v光波频率 对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看做是一连串能量为E的光子

2、轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物体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。（1）外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。（2）内光电效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。（3）半导体光生伏特效应。在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光

3、电池等。 光谱特性：光敏元件上加上一定的电压，这时如有一单色光照射到光敏元件上，如果入射光功率相同，光电流会随入射光波长的不同而变化。 伏安特性：在一定照度下，光电流I与光敏元件两端电压V的对应关系，称为伏安特性。伏安特性可以帮助我们确定光敏元件的负载电阻，设计应用电路。 响应时间：不同光敏器件的响应时间有所不同。光敏电阻较慢，约为（10-110-3）s，一般不能用于要求快速响应的场合。工业用的硅光敏二极管的响应时间为（10-510-7）s左右，光敏三极管的响应时间比二极管约慢一个数量级，在要求快速响应或入射光、调制光频率较高时应选用硅光敏二极管。图 光电管的结构（1）光电管a. 光电管的结构

4、： 光电管由一个阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃管内。光电管的特性主要取决于光电管阴极材料。 光电管正常工作时，阳极电位高于阴极，在入射光频率大于“红限”的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。 电流和电阻R0上的电压降就和光强成函数关系，从而实现光电转换，即：U=F（）c. 光电管的性质 适用于不同的光谱范围。 同一种光电管对不同频率的入射光灵敏度并不相同。光电倍增管基本电路 光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。多用于微光测量。 光电管接上工作电压后，在没有光照的

5、情况下阳极仍会有个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。 暗电流的存在决定了光电管可测量光信号的最小值，所以要求其暗电流小并且稳定。b. 光照特性1、能量转换关系： 光能转换为电能，电路中有了这种器件就不需要外加电源。2、原理：4、优点： 性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、传递效率高、能耐高温辐射、价格便宜等。5.4.2 5.4.2 基本特性基本特性1光谱特性 光电池的相对灵敏度Kr与入射光波长l之间的关系称为光谱特性。图 光电池的光谱特性曲线 图 硅光电池的光照特性曲线 光生电动势U与照度Ee之间的特性曲线称为开路电压曲线；光电流密度Je与照度Ee之间的特性曲线称为短路电流曲线。如上图所示为硅

6、光电池的光照特性曲线。图 光电池的频率特性 光电池的频率特性是光的调制频率f与光电池的相对输出电流Ir（相对输出电流=高频输出电流/低频最大输出电流）之间的关系曲线。 图 光电池的温度特性 5、稳定性硅光电池的性能比硒光电池更稳定。 光敏电阻是采用半导体材料制做，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应。因此，光敏电阻又称光导管。1、工作原理u 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。u 灵敏度高。u 光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。2、光敏电阻的结构l 暗电阻和暗电流：光敏电阻在室温和全暗条件

7、下，经过一定时间测得的稳定电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。l 亮电阻和亮电流：光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流，称为亮电流。l 光电流：亮电流与暗电流之差，称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。图 光敏电阻的伏安特性曲线4、光敏电阻的基本特性 可见：n 在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；n 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。n 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的，耗散功率又和面积及散热条件等因素有关。n 电阻

8、在一定的电压范围内，其IU曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关，而与电压、电流无关。（3）光谱特性：光敏电阻对于不同波长l 的入射光，其相对灵敏度Kr是不同的。如右图所示。 光敏电阻的光电特性呈非线性，因此不适宜做连续量的检测元件。图 光敏电阻的频率特性 光电导的驰豫现象：光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后，光敏电阻有时延特性。图 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性 温度变化影响光敏电阻的光谱响应特性，随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。图 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性6.7.2 6.7.2 光敏晶体管光敏晶体管1、光敏二极管 定义： 是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件。 结构

9、： 原理： 2、光敏三极管 结构：与一般三极管很相似，具有两个PN结，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。 原理：光照射在集电结上时，形成光电流，相当于三极管的基极电流。因而集电极电流是光生电流的倍，所以光敏三极管有放大作用。n 应用：光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外光进行探测时，锗管较为适宜。 光照特性 温度特性结论：光敏二极管的光照特性曲线的线性较好。结论：在电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。硅光敏晶体管的频率响应2、光电传感器的应用形式 按其输出量性质可分为：模拟输出型光电传感和数字输出型光电传感器两大类。光电传感器的测量形式1-被测量，

10、2-光电元件，3-恒光源该检测器是用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号。主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。光检测器输出信号的强弱可反映烟道浊度的变化。图 光电转速表原理图 图 光电脉冲转换电路 转速n与脉冲频 率 f 的关系式为： n = 60 f / N（7）光电报警电路 光电开关器件是以光电元件、三极管为核心，配以继电器组成的一种电子开关。当开关中的光敏元件受到一定强度的光照射时就会产生开关动作。 1发射器；2接收器；3被测物；4反射镜图 光电开关类型及应用 1发光二极管；2红外光；3光电元件；4槽；5被测物图 光电断续器 CCD传感器传

11、感器 CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。 CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Sem

12、iconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。 CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次