传感器技术(第8章光电式传感器)讲义.ppt

8 光电式传感器;8 光电式传感器;8.1 概述;8.2 光源;8.2 光源（光电传感器主要使用的光的波长范围）;8.2 光源; 2. 气体放电灯 发光方式：利用电流通过气体产生发光现象制成的灯 气体放电灯的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小，可得到主要在某一光谱范围的辐射。 特点：效率高、省电、功率大；有些气体发电光源还有丰富的紫外线和频谱；有的其废弃物含有汞，容易污染环境，玻璃易碎，发光调制频率较低。; 3. 发光二极管LED 发光原理：电致发光 特点： 体积小，可平面封装，耐振动 无辐射、无污染 功耗低 寿命长 响应快 供电电压低，易于数字控制，与电路和计算机系统连接方便 ; 4. 激光器 发光原理：受激辐射放大产生的光 特点： 激光的方向性好，发散角很小 亮度高，能量高度集中 单色性好，光谱范围极小 相干性好，在光的传播方向、振动方向、频率、相位等参数 的一致性极好 ; ; 当用光照射在某一物体上时，可以看做是物体受到一连串能量为E的光子轰击，组成这种物体的材料吸收了光子能量而发生相应电效应的现象 （如发射光电子、电导率变化、产生电动势等），这种现象称为光电效应。 ; 内光电效应是指在光线的作用下使物体的电阻率发生改变的光电效应。常见的基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管和光敏晶闸管等。 ; 在光线作用下，电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。常见的基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 ; 光生伏特效应是指在光线照射下，半导体材料吸收光能后，引起PN结两端产生电动势的现象。常见的基于光生伏特效应的光电元件有光电池。;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;主要参数 （1）倍增系数M ◆倍增系数M等于各倍增电极???二次电子发射电子δi的乘积。如果n个倍增电极的δi都一样，则M=δin ，因此，阳极电流I为： ◆ M与所加电压有关，一般在105 ~108 之间。如果电压有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极的电压为1000V－2500V，两个相邻的倍增电极的电压差为50V－100V。;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;光敏电阻 ;光敏电阻演示 ;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;8.3 常用光电器件;光敏二极管和光敏晶体管 1．结构原理 ◆光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳中， 图8-14 光敏二极管的结构原理其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8–14（a））。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-14（b）所示），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。 ;◆ 图8-15为NPN型光敏晶体管的结构简图和基本电路。大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于 图8-15 NPN型光敏晶体管结构简图和基本电路发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压；当光照射在集电结上时，就会在结附近产生电子-空穴对，从而形成光电流，相当于三极管的基极电流。由于基极电流的增加，因此集电极电流是光生电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。;2．基本特性 （1）光谱特性 ◆光敏二极管和晶体管的光谱特性曲线如图8-16所示。从曲线可以看出，硅的峰值波长约为0.9μm，锗的峰值波长约为1.5μm，此 图8-16 光敏晶体（二极）管的光谱 特性时灵敏度最大，而当入射光的波长增加或缩短时，相对灵敏度也下降。一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外