第八章光电传感器

1、8.1 光电传感器的基本效应光电传感器的基本效应8.2 外光电效应光电器件外光电效应光电器件8.3 光电导效应及光电元件光电导效应及光电元件8.4 光电伏特效应及光电元件光电伏特效应及光电元件8.5 CCD图像传感器图像传感器8.6 应用光路应用光路第八章第八章 光电传感器光电传感器8.1 光电传感器的基本效应光电传感器的基本效应1、光电传感器：、光电传感器：被测量光量光电元件光电元件电量2、光与物质作用三种效应、光与物质作用三种效应光电效应：光电效应：热释电效应：热释电效应：波动相互作用：波动相互作用：光子与电子作用光子与电子作用热转换成电热转换成电光电场感应电信号光电场感应电信号3、半导体

2、光电效应、半导体光电效应本征半导体：本征半导体：Si、Ge满满 带带空 带h 电子和空穴一样多的半导体成为本征半导体电子和空穴一样多的半导体成为本征半导体Eg=1.14eV1090nm4、外光电效应和内光电效应、外光电效应和内光电效应内光电效应：内光电效应：电子吸收光子后不能跃出半导体电子吸收光子后不能跃出半导体如：光电导和光生伏特（太阳能电池）如：光电导和光生伏特（太阳能电池）外光电效应：外光电效应：电子吸收光子而逃逸出半导体表面电子吸收光子而逃逸出半导体表面如：光电倍增管、光电管如：光电倍增管、光电管8.2 外光电效应光电器件外光电效应光电器件1 1光电效应光电效应Ahumm2212、光电

3、倍增管、光电倍增管光子光电流i二次电子()电流 i阴极阴极阳极阳极电子加速电子加速激发二次电极系数激发二次电极系数()i=inUsc=iR = in R光电倍增管优点和缺点光电倍增管优点和缺点一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合优点：放大倍数很高线性好频率特性好缺点：体积大高压：数百伏至1 kV的直流电压供电光谱分析设备光谱分析设备, 接收设备：光电倍增管接收设备：光电倍增管/CCD8.3 光电导效应及光电元件光电导效应及光电元件满满 带带空 带h Eg=1.14eV1090nm光照后电导率（电阻）发生变化的现象，称为光电光照后电导率（电阻）发生

4、变化的现象，称为光电导现象；光电导器件常称为光敏电阻。导现象；光电导器件常称为光敏电阻。光敏电阻电阻光照关系：光敏电阻电阻光照关系：暗电阻值很大暗电阻值很大大多数超过大多数超过1M欧姆欧姆一、光敏电阻的结构和原理一、光敏电阻的结构和原理1、分类：、分类：紫外光敏电阻：紫外光敏电阻：红外光敏电阻：红外光敏电阻：可见光光敏电阻可见光光敏电阻：硫化镉（硫化镉（CdS）及硒化镉（）及硒化镉（CdSe）硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等用于：导弹制导，人体探测等用于：导弹制导，人体探测等硒、硒、 砷化镓、硅、锗、硫化锌等砷化镓、硅、锗、硫化锌等 可用于：照相机自动曝光、烟雾

5、报警可用于：照相机自动曝光、烟雾报警2、结构与表示符号、结构与表示符号光敏电阻结构光敏电阻结构三、光敏电阻特性三、光敏电阻特性1、暗电阻、亮电阻和光电流、暗电阻、亮电阻和光电流光敏电阻未受光照时光敏电阻未受光照时的电阻称为的电阻称为暗电阻暗电阻，此时电流称为暗电流；此时电流称为暗电流；（兆欧量级兆欧量级）光敏电阻受到光照时光敏电阻受到光照时的电阻称为的电阻称为亮电阻亮电阻，此时电流称为亮电流。此时电流称为亮电流。 （千欧量级千欧量级）2、光敏电阻的伏安特性、光敏电阻的伏安特性3、光敏电阻的光照特性、光敏电阻的光照特性4.光敏电阻的光谱特性光敏电阻的光谱特性对不同波长的光，光敏电阻的灵敏度不一样

6、对不同波长的光，光敏电阻的灵敏度不一样5.光敏电阻的温度特性光敏电阻的温度特性硫化铅的光敏温度特性曲线硫化铅的光敏温度特性曲线峰值随着温度升高而想短波长移动峰值随着温度升高而想短波长移动8.4 光电伏特效应及光电元件光电伏特效应及光电元件一、光电二极管光电二极管(a) 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号体积小、频率特性好、但弱光下灵敏度低体积小、频率特性好、但弱光下灵敏度低光电二极管二、光电池二、光电池l光电池是有源器件光电池是有源器件,这种这种器件受到光照时就产生一器件受到光照时就产生一定方向的电动势定方向的电动势,不需要外部电源供电。不需要外部电源供电。l硒光电池、氧化亚铜光电池、硫

7、化铊光电池、硫硒光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、锗光电池、化镉光电池、锗光电池、硅光电池、硅光电池、砷化镓光电砷化镓光电池等池等1、结构、结构接到外电路中可以直接产生电流，不需电源接到外电路中可以直接产生电流，不需电源硅光电池硅光电池2、光电池的特性、光电池的特性1）光谱响应特性）光谱响应特性硅光电池：峰值硅光电池：峰值800nm, 范围：范围：450nm1100nm硒光电池：峰值硒光电池：峰值540nm, 范围：范围：340nm750nm2）光电池的光照特性）光电池的光照特性A短路电流短路电流V开路电压开路电压电流源电流源电流源？电压源电流源？电压源3）光电池的动态特性（

8、频率特性）光电池的动态特性（频率特性）硅光电池硅光电池可用于高可用于高速计数速计数斩波频率斩波频率4）光电池的温度特性：温度漂移）光电池的温度特性：温度漂移8.5 CCD图像传感器图像传感器CCD：电荷耦合器件（电荷耦合器件（Charge Coupled Device）MOS： 金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体（100nm）MOS电容电容电子电子“势阱势阱” 电荷转移电荷转移CCD 单色相机单色相机CCD彩色相机基于三棱镜的彩色相机基于三棱镜的彩色相机基于拜耳滤光片的相机8.6 常用光路常用光路被测量光量光电元件光电元件电量1、光电传感器：、光电传感器：2、反射式：、反射式：反射法测量原理 检测表面粗糙度和缺陷检测表面粗糙度和缺陷2、透射式、透射式透射法测量原理测量孔径和狭缝宽度测量孔径和狭缝宽度总总 结结外部光电效应和内部光电效应外部光电效应和内部光电效应光电倍增管光电倍增管光敏电阻光敏电阻光电二极管光电二极管光电池光电池CCD作业：作业：1、推导此电路的放大倍数（详细过程）2、当通过霍尔元件的控制电流大小为100mA，灵敏度系数为20Vm2/(AWb)， 输出U0为200mV，求磁场大小。mVUUU540/031IBKUHH)(105 . 21010020105333TIKUBHH 霍尔传感器输出电势霍尔传感器输出电势放大倍数为