第10章 ??光电式传感器      10.2  光电器件 （3）光敏电阻——基本特性 温度特性         温度变化影响光敏电阻的灵敏度、暗电流和光谱响应。   硫化铅光敏电阻温度特性 第10章 ??光电式传感器      10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管  光敏晶体管工作原理主要基于光生伏特效应。  特点：响应速度快、频率响应好、灵敏度高、          可靠性高; 广泛应用于可见光和远红外探测，以及自动控制、自动报警、自动计数等领域和装置。     第10章 ??光电式传感器      10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极 ①光敏二极管  光敏二极管结构与一般二极管相似，它们都有一个P－N结，并且都是单向导电的非线性元件。为了提高转换效率大面积受光，PN结面积比一般二极管大。 硅光敏二极管结构  第10章 ??光电式传感器 工作原理：   光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态，  无光照时，反向电阻很大，   反向电流很小；  有光照时，PN结处产生光生   电子空穴对；  在电场作用下形成光电流，   光照越强光电流越大；  光电流方向与反向电流一致。       10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管   光敏二极管基本电路  第10章 ??光电式传感器  与普通晶体管不同的是，光敏晶体管是将基极—集电极结作为光敏二极管，集电结做受光结，另外发射极的尺寸做的很大，以扩大光照面积。  大多数光敏晶体管的基极无引线，集电结加反偏。玻璃封装上有个小孔，让光照射到基区。      10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管   ②光敏三极管 光敏晶极管结构  ???  第10章 ??光电式传感器  硅（Si）光敏晶体极管一般都是NPN结构，光照射在集电结的基区，产生电子、空穴，光生电子被拉向集电极，基区留下正电荷（空穴），使基极与发射极之间的电压升高，这样，发射极便有大量电子经基极流向集电极，形成三极管输出电流，使晶体管具有电流增益。在负载电阻RL上的输出电压为：       10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管   ②光敏三极管 ——晶体管电流放大系数  第10章 ??光电式传感器  光敏晶体管的光谱特性 硅材料的光敏管峰值波长在0.9μm附近（可见光）  灵敏度最大； 可见光或探测赤热状 物体时一般都用硅管 锗管的峰值波长约为 1.5μm（红外光） 对红外进行探测时用 锗管较适宜。       10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管特性： 光敏晶体管光谱特性  第10章 ??光电式传感器 光谱特性    硅光敏二极管：当入射波长＞900nm时，响应下降，因波长长， 光子能量小于禁带宽度，不产生电子——空穴对； 当入射波长＜900nm时，响应也逐渐下降，波长短 的光穿透深度小，使光电流减小。     10.2  光电器件 (4) 光敏二极管和光敏三极管  硅光敏二极管光谱响应  光敏晶极管光谱响应  第10章 ??光电式传感器 光敏二极管伏—安特性   伏安特性 光敏二极管：当反向偏压较低时，光电流随电压变化比较敏感，随反向偏压的加大，光生电流趋于饱和，这时光生电流与所加偏压几乎无关，只取决于光照强度。      10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管  第10章 ??光电式传感器 光敏晶体管具有放大作用，伏安特性曲线 如图所示      10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管 光敏晶体管等效电路   光敏晶体管伏安特性  第10章 ??光电式传感器  温度特性 由于反向饱和电流与温度密切有关，因此光敏二极管的暗电流对温度变化很敏感。        10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管  光敏二极管暗电流与温度关系  第10章 ??光电式传感器  频率响应: 光敏管的频率响应是指光敏管输出的光电流随频率的变化关系。光敏管的频响与本身的物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。图光敏二极管频率响应曲线说明调制频率高于1000Hz时，硅光敏晶体管灵敏度急剧下降。 光敏二极管频率响应曲线        10.2  光电器件  (4)  光敏二极管和光敏三极管  第10章 ??光电式传感器  光电池工作原理也是基于光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能的器件。有光线作用时就是电源，广泛用于宇航电源，另一类用于检测和自动控制等。  光电池种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。      10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 光 电 池 符 号 第10章 ??光电式传感器      10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 太阳能手机充电器 太阳能供 LED电警示 太阳能电池 第10章 ??光电式传感器  结构：光电池实质是一个大面积PN结，上电极为栅状受光电极，下电极是一层衬底铝。  原理：当光照射PN结的一个面时，电子——空穴对迅速扩散，在结电场作用下建立一个与光照强度有关的电动势。一般可产生0.2V～0.6V电压50mA电流。       10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 光电池结构  光电池工作原理图  第10章 ??光电式传感器 ①光照特性 开路电压，光生电动势与照度之间关系称开路电压曲线，开路电压与光照度关系是非线性关系，在照度2000lx下趋于饱和。 短路电流，短路电流与照度之间关系称短路电流曲线曲线，短路电流是指外接负载RL相对内阻很小时的光电流。      10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 第10章 ??光电式传感器     光电池光照特性  光电池光照与负载的关系   光电池作为测量元件使用时，一般不做电压源使用，而作为电流源的形式应用。       10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 第10章 ??光电式传感器 ②光谱特性    光电池对不同波长的光灵敏度不同。 硅光电池的光谱响应峰值在0.8μm附近，波长范围0.4～1.2μm。硅光电池可在很宽的波长范围内应用。  硒光电池光谱响应峰值在0.5μm附近, 波长范围0.38～0.75μm。      10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） 第10章 ??光电式传感器 ③频率特性    频率特性指光电池相对输出电流与光的调制频率之间关系。 硅、硒光电池的频率特性不同，硅光电池频率响应较好硒光电池较差。 所以高速计数器的转换一般采用硅光电池作为传感器元件。      10.2  光电器件 (5)  光电池（有源器件） 硅、硒光电池的频率特性  第10章 ??光电式传感器      10.2  光电器件  (5)  光电池（有源器件） ④温度特性   指开路电压和短路电流随温度变化的关系。 ?光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,传感器的结构简单,形式灵活多样,体积小。近年来,随着光电技术的发展,光电传感器已成为系列产品,其品种及产量日益增加,在各种轻工自动机上获得广泛的应用。 第10章 ??光电式传感器      10.3  光电传感器的应用  第10章 ??光电式传感器      10.3  光电传感器的应用
第10章光电式传感器.ppt