传感器技术讲解课件六

第2章光电式传感器将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光电元件。光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工作基础是光电效应。2.1光电效应概述

光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。一.外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电器件由光电管、光电倍增管等。我们知道，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能力由下式确定。若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生电子发射。故要使一个电子逸出，则光子能量hν必须超出逸出功A0，超过部分的能量，表现为逸出电子的动能。即二.内光电效应受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分为以下两大类。1）光电导效应。在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。基于这种效应的器件有光敏电阻等。2）光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等。一.普鹿通哀光饲电搏管在贡一吴个公真舌空滥泡说内贷装之有乓两热个变电抓极欧：始光培电毫阴谈极赏和含光课电设阳活极锁。坏光蔑电础阴牛极穷通因常茶是岁用校逸远出溪功蛾小舅的升光墙敏温材潜料意徐寒敷蜘在俘玻奸璃琴泡持内牺壁蔽上波做茫成症，米其凑感面光描面奏对渡准励光的春照富射电孔质。兔当辰光臭线底照件射图到佣光无敏忍材焰料庭上将，坡便朽有择电征子唇逸刮出侄，楚这裙些饶电乒子擦被声具糠有崭正插电护位特的旷阳爪极置所鹿吸排引愈，买在基光籍电售管捕内永形卷成叫空鼠间叉电球子却流叉，幼在重外去电览路均就测产跳生号电脊流名。2泊.恐2光哗电敢管二.光跃电刮倍固增经管1.结构傅与原判理由于片真空掉光电物管的伞灵敏单度较析低，括因此葡人们且便研甘制了朱光电乖倍增决管，鸽其工冠作原亚理如淘图。2折.主四要撕参族数1）倍渠增鹅系蓝数M电享流驾放祸大广倍胀数M与所伪加电杯压有借关，叹一般按在10膨5－10扣8之间嫂。一方般阳匀极和制阴极极的电董压为1统0续0限0业V－25驶00僚V，两筛个相朽邻的跃倍增称电极锹的电羡压差摊为5嗽0箩V－10浩0V。2）阴拿极灵开敏度蜓和总拢灵敏喉度一锯个喂光备子辅在调阴合极庆上齐能笨够喝打睛出佳的治平愿均公电犬子塔数桑焦筝作迅光顿电炊阴重极荐的绵灵洞敏峡度肌。享而街一因个腥光垮子吩在痒阳螺极医上拐产页生岂的拿平擦均歌电猾子赤数镇焦铲灼惩光询电全倍触增峰管挺的凝总鞭灵响敏纳度蜜。光电侮倍增去管的垦放大羽倍数趟或总泳灵敏咸度如保图所蠢示。光丑电丑池晨是勇一旅种戚直凝接跨将爬光急能都转残换颠为恼电吐能患的鸣光欠电燥器想件雀。罚光逢电摆池陕在互有描光矿线摔作储用雷下密实档质绿就炕是政电社源,电馒路连中层有由了御这善种已器按件失就义不环需握要卫外误加幸电闷源爽。一.结俊构切与唤工座作乱原虏理光徐电同池凤的谁工精作丧原挡理佩是马基博于椒“谅光春生倒伏估特锡效付应令”透。截它该实患质邮上朴是奶一惕个甩大香面更积斗的PN结,当光捷照射把到PN结怨的剃一浅个惹面,例如p型欺面旦时,若围光报子铺能蛮量突大后于筋半梯导碑体薯材医料懒的影禁适带席宽恶度,那么p型区姐每吸羞收一逆个光厕子就呆产生当一对妹自由营电子畏和空晚穴,电子割空穴援对从厉表面摇向内圾迅速皮扩散,在幸结途电商场泊的清作榜用酒下,最肌后蒸建班立础一怨个耳与调光柿照梦强恢度甚有挤关吉的移电佳动窗势棋。汪2较.拔3光电镇池二.光电运池的返基本谢特性1寻.光奶谱怒特万性硒光协电池倍和硅眨光电返池的目光谱遇特性搁如左她图不同阅的光抗电池赵，光桥谱峰非值的惧位置耐不同惜。例槽如，次硅光裂电池疲在8边0藏0毯0辞A附近宴，硒孙光电乞池在5与4菊0爷0惭A附密近遮。2支.光涂照罩特案性光功照语度贯定袍义波为冲电娱位回面出积味上贵所恨接马收呈的东光核的夏辐萄射变能坡通鄙量狂。苍单洁位放勒戴克摊斯驰。L尝x酱(挥W罗/纪m俱2谋)反映质短路菊电流蝴、开弄路电讲压与纷光照纱度的勉关系溉。短版路览电海流召在皇很宪大卷范爬围予内愧与犹光嫩照粉强威度愤成妙线秤性斑关友系,光电度池工挡作于轻短路来电流戚状态揉，可凯做检哥测元睛件。开找路授电比压珍（签负伤载政电顷阻RL无收限搞大悠时抵）絮与阀光疗照宽度朱的滚关窝系哀是禾非浩线弃性讽的,并且遗当照按度在20岸00迹l厚x时初就秩趋愚于竿饱架和施了黄。桶光艳电黄池蹲工懂作狠于扛开荷路猜电妨压朵状容态廉，稳可锈做弦开课关羡元侮件漫。3.温度湾特性温度闷特性说主要终描述缠开路鞋电压谋与短伞路电树流随下温度漂变化喷的情耀况。垂如图合所示.把雅光驱电滩池询作浙为滚测属量阔器锡件姥应些用婶时,应保大证温大度恒尚定或弊采取修温度煤补偿猾措施凯。JMJ112V2A51KL39K470uf～三.光电挡池的给应用1睛.自动陶干手响器手放垮入债干网手愈器班时盟，革手厨遮户住冻灯裕泡贫发培出彻的泽光骑，品光靠电庭池之不最受器光倦照馋，钓晶越体园管历基阳极斤正卸偏究而京导齿通希，闪继睁电植器暮吸众合康。握风坛机炊和喜电黄热律丝算通缘瑞电讲，巴热孟风外吹延出锅烘耐手颤。拉手类干喊抽狼出隶后原，义灯厨泡险发臂出枪光魔直纸接巴照梯射父到肯光疗电天池替上抗，尺产娱生彻光拢生庄电山动鞠势打，导使两三突极喂管让基命射体极扛反浑偏责而关截阶止透，坟继聋电兆器鼻释宫放存，岸从金而深切罪断惑风票机期和邻电编热洽丝拢的足电核源友。2湾.路呆灯雪控杜制接器2榴.片4光估敏界电堪阻为维了赶防储止映周撇围完介保质仔的奖影始响,在半捏导体传光敏逮层上评覆盖辱了一首层漆斯膜,漆膜健的成端分应饰使它临在光同敏层置最敏拦感的鼓波长岸范围乔内透摇射率乏最大欣。1海.光敏不电阻外的结哭构它弱是钻涂嫁于耗玻梁璃嫩底觉板疼上超的语一光薄感层待半峡导扎体分物披质,半导捆体的纵两端猪装有爱金属勇电极,金俯属姐电洞极坏与天引垃出吸线择端炕相死连援接,光敏矿电阻结就通弃过引吃出线惹端接疤入电贿路。2.光敏筑电阻饿的工惧作原谦理光巾敏播电院阻桨又渣称目光鞠导款管,它几脑乎都恢是用桶半导炊体材后料制揭成的绿光电之器件权。若光敏足电阻咽没有辩极性,纯本粹挪是油一车个液电明阻辞器旨件,使史用斥时半既睬可府加校直讯流坦电丸压,也可砍以加淹交流考电压迎。无甚光雾照示时,光敏信电阻鼓值（谷暗电滥阻）板很大,电路隐中电能流（幕暗电抹流）塌很小凑。当据光敏归电阻还受到励一定秒波长喉范围慰的光仔照时,它的公阻值唤（亮际电阻环）急霸剧减跪少,电魄路籍中疲电和流馅迅卧速爱增欢大生。羊一但般悄希染望伐暗伏电兆阻猴越寨大眨越瓶好,亮议电暮阻外越染小探越搁好,此暑时翼光棋敏东电轿阻墙的且灵泊敏册度膨高士。至实躺际凤光茂敏励电坡阻滤的弯暗自电盐阻甚值颂一吨般挡在误兆央欧坑级,亮电炒阻在火几千膜欧以却下。3．泛光敏搂电阻剪的主攻要参糖数１堂）蚊暗跃电鬼阻光敏哈电阻龟在不凑受光唇时的逗阻值迁称为涨暗电蝇阻,此时毒流过村的电研流称泡为暗粗电流初。李２）盒亮敲电阻光敏砍电阻孤在受纠光照行射时役的电啊阻称旅为亮局电阻,此收时挖流馒过母的你电扇流猎称航为孕亮味电熄流伶。雄舰３碗）勿光茎电爹流亮电受流与久暗电巷流之抗差称迁为光搂电流亚。4．暂光慌敏刻电梁阻回的犁基饭本进特跟性1）伏若安柱特沸性：在译一若定奶照告度杯下,流过蹲光敏氏电阻白的电岔流与驶光敏掘电阻德两端辨的电火压的咬关系①一定露光照吹，R一定韵，I正比祸于U。②一定希电压件，I随指着胡光啊照E增规强持而雀增副大绩。E↑警→R歼↓→棕I↑。2)光照阔特性建（I～E）光须敏确电售阻拒的缝光贫照床特宏性许为习非悄线刃性骂，吸不讯宜编作洗检雨测沙元塘件甩，火主水要尝用痛于挥自奔动蝇控它制鸡中捏。3）乏光谱但特性产（K暖r练%）光敏竟电阻沃的相谋对光昏敏灵贡敏度沾与入贷射波石长的寻关系熄称为辱光谱疼特性趴。胜亦称灯为光归谱响慎应。①不同吸材料遥，其影峰值雪波长撤不同艘。②同一周种材众料，削对不听同波头长的勇入射访光，纯其相朝对灵顶敏度版不同严，响牲应电石流不贫同。应根肿据光嫌源的冰性质厨，选宣择合种适的葵光电宽元件洁（匹凡配）猪使光非电元限件得歇到较素高得欲相对皱灵敏希度。4）翠温彻度厚特洞性温度复变化敏影响咐光敏醒电阻扇的光滩谱响仰应。硫惜化险铅凶光衔敏凯电庙阻杠的肿光骡谱外温桌度冷特岸性张曲顶线,它的乡丰峰值惕随着芬温度浮上升匹向波卵长短杆的方奔向移夺动。因肝此,硫化症铅光住敏电爷阻要欺在垃低值温刚、膀恒负温退的霜条猛件梳下却使踏用醉。肚对疲于辣可南见冒光彻的债光费敏有电竞阻,其温描度影铸响要回小一供些。敬5.光垄敏缎电查阻予的毙应吼用1.光勇照廉度这计农作炸物日逐照时撞数测戚定。输出模接单芝片机营的I笋/接O口，祖每2分构钟编对垦此杏口红查侮询1次课，伤为葱高音电妈平城，生计晌数沸一滋次夕，护为序低滑电悲平涌，族不愿计挎数绢。1天团查挠询7界2扇0次消。无光词照V敌0拳=惯V劈燕L。有秩光照V0牌=V盏H。2画.环军境步照斯度烦监瞒视这器3窄.带材绸跑偏抽检测飞仪2痕.晨5光敏温二极歌管与摇三极总管一.光练敏见二原极梯管1惨.工推作宝原编理瞎与汗结芽构光即敏泥二堡极迈管叙的类结伞构剪与评普让通因二睬极猜管之一并样锦，普都质有纱一抬个PN结，货两根圈电极绕引线山，而姨且都碗是非牌线性亿器件过，具鸡有单声向导进电性菠。不屠同之此处在猎于光今敏二经极管爱的P侧N结状违在管棚壳的芽顶部组，可译直接罗受到也光的蔬照射挖，其盆结构恭和电雹路如伐图所侍示。没蜘有峰光跑照来射福时，处于台反向政偏置哄的光长敏二菊极管焦，工兼作毅于强截标止危状陶态,这时丘只有膊少数叙载流谷子在催反向苹偏压俗的作璃用下伐，渡葵越阻启挡层鞭，形醒成微周小的划反向凉电流熊即暗搭电流饼。这中时反宗向电备阻很乔大。当光卧照射步在P筹N结弹上剂时,光捎子位打重在P芝N结附桨近,笔P幅N结附规近产希生光姻生电逝子和冒光生恳空穴私对。落从而尤使P区和N区的悦少数篇载流止子浓淹度大饿大增量加，品因此驳在反爱向外兰加电扁压和亡内电银场的卡作用耕下,P区偷的棕少鼻数勤载镜流扑子范渡丹越饲阻英挡蛋层义进饺入N区，N区的悟少数江载流仔子渡钳越阻止挡层逝进入P区，从锻而祝使移通背过PN结共的具反序向思电服流度大瓶为彻增填加皱，形成金光电疯流。小这时界二极喷管处艇于情导余通称状砍态弃。光的养照度心越大,光悄电述流勒越扬大鸦。2现.光运敏载二锅极谁管装的退基拴本立特寻性1）赛光剑谱猎特掀性在入睡射度蚂一定瓶时，籍输出蝴的光族电流外（或喇相对坐灵敏瞒度）曲随光产波波敌长的备变化锻而变雅化。仙一种抄光敏还二极财管只退对一渠定波挎长的普入射霉光敏呜感，隆这就咐是它虾的光千谱特潮性。巴如图诱所示惭。2）伏浇安特嘴性3）光型照特鬼性4）戚温误度诞特浪性温度胀变化企对光窝敏二您极管圈输出此电流惧影响木较小,但对奋暗电辰流的杆影响联却十什分显痒著.3.光敏冠二极赢管的己应用1）算光浓电弦路游灯愧控氏制导电滨路2）集光畏强疤测器量起电千路二.光咬敏般三跃级度管光井电粒三乳极史管扰比押具鸽有登相犹同远有朱效拆面枕积韵的健光钻电呈二扛极仆管健的斤光贪电马流冰大描几接十微至脉几青百疮倍旧，谜但滔相岸应浙速筒度熟较团二删极纯管避差祥。1.工关作肢原押理皇与膜结牧构基各极祥开吨路锦，杜集甜电锣极尚与包发填射输极围之磨间闻加凡正般电累压棉。潜当勤光盘照探射经在四集纤电捷结卡上撒时,在结念附近枝产生狠电子-空早穴南对,电鲜子胆在密结束电彻场王的擦作贸用弃下饺，窝由P区陆向N区剂运征动委，柏形娇成县基倦极筐电裹流醋，量放抽大β倍斗形皱成素集安电驻极素电刃流卖（土光叔电撤流胃）,所以财光电唇三极绵管有江放大顽作用毕。2.光苦敏认三岸极雕管禁的规基虑本寻特描性1）光谱僚特性兄与伏左安特贩性光谱零特性似与二码极管吧相同鼻，伏员安特榴性如颂图。2）温雀度特途性与肾光照谨特性温度宣特性尝与光袖敏二肾极管范相同呢，光际照特房诚性如苹图3.光商敏画三杨极咽管张的致应使用1册.脉柱冲钱编卫码弦器2卵.转速师传感递器2.渔6光电汗耦合钱器件一．混光判电耦隶合器叼光四电派耦过合岸器踩的况发压光嫁和搁接窜收举元柏件微都竿封砍装训在乌一么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