傳感器項目一Microsoft PowerPoint 幻燈片

1、 項目一 開關(guān)量檢測 任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān) 任務(wù)二任務(wù)二 接近開關(guān)的應(yīng)用（一）接近開關(guān)的應(yīng)用（一） 任務(wù)三任務(wù)三 接近開關(guān)的應(yīng)用（二）接近開關(guān)的應(yīng)用（二） 接近開關(guān)接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器(即無觸點接近開關(guān))，是理想的電子開關(guān)量傳感器。它既有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。任務(wù)任務(wù)：檢查特定環(huán)境下的特定工件有無狀態(tài)，輸入信號一般為工件與傳感器之間的距離，輸出信號一般為電壓。當金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應(yīng)出運動機構(gòu)

2、的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。通常采用636V開關(guān)電源供電。接近開關(guān)分類按原按原理分理分霍爾式霍爾式光電式光電式電感式電感式電容式電容式交、直交、直流型流型接近開關(guān)接近開關(guān)電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān) 渦流式接近開關(guān)渦流式接近開關(guān) 霍爾開關(guān)霍爾開關(guān)主要功能 檢驗距離尺寸控制轉(zhuǎn)速與速度控制計數(shù)及控制檢測異常計量控制信息傳送主要用途 接近開關(guān)接近開關(guān)在航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風機上都有應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料檔案、

3、財會、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置防盜裝置。在測量技術(shù)中，如長度，位置的測量;在控制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用著大量的接近開關(guān)。任務(wù)一 認識開關(guān) 一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān)一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān) 二、光電效應(yīng)型接近開關(guān)二、光電效應(yīng)型接近開關(guān)三、感應(yīng)型接近開關(guān)三、感應(yīng)型接近開關(guān)任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入汽車用速度及里程表霍爾式接近開關(guān)作為車輪轉(zhuǎn)速傳感器是汽車行駛過程中的實時速度采集器。（行駛中，控制器不斷接收來自車速齒輪傳感器的脈沖信號，并進行處理，得到車輛瞬時速度并累計行駛路程，以方便駕駛?cè)藛T駕馭汽車及按路程及時保養(yǎng)汽車。）一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān)任

4、務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)1.霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)2.霍爾元件3.霍爾元件的性能參數(shù)4.霍爾開關(guān)5.霍爾傳感器的應(yīng)用 1 1、霍爾效應(yīng)、霍爾效應(yīng) 條件條件：只檢測：只檢測磁性磁性物體。物體。 產(chǎn)生產(chǎn)生是半導(dǎo)體中自由電荷受到磁場中洛侖茲洛侖茲力力的結(jié)果。 任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)定義定義：在與強度為B的磁場垂直的半導(dǎo)體薄片的兩邊通以控制電流i，則在半導(dǎo)體另外兩邊會產(chǎn)生一個大小與i和B乘積成正比的電勢EH ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。該電勢稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。 EH =KH iB sin 式中 KH 霍爾元件的靈敏度系數(shù)。（m3/c) （取決于材質(zhì)、溫度、元件尺寸

5、） i電流大小(A) B 磁感應(yīng)強度（T) 電流與磁場方向之間的夾角（） 工作原理：工作原理：是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電子在磁場中以速度是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電子在磁場中以速度v運運動時，受到洛倫茲力動時，受到洛倫茲力fL； fL與電子的電菏量與電子的電菏量e、運動速度、運動速度v及及磁場強度磁場強度B成正比；成正比； fL=evB；電荷在；電荷在fL的作用下向一側(cè)偏移，的作用下向一側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片在半導(dǎo)體薄片C、D端面間形成感應(yīng)電動勢端面間形成感應(yīng)電動勢EH .C CD DV VH H 感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢E EH H在半導(dǎo)體膜片上形成一電場，根據(jù)電在半導(dǎo)體膜片上形成一電場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，

6、電荷在電場中要受到電場力磁感應(yīng)定律，電荷在電場中要受到電場力fE ， fE 與電荷電量的多少、與電荷電量的多少、 E EH H大小及兩電極間距有關(guān)。大小及兩電極間距有關(guān)。 fE =e E EH H /bC CD DE EH H 隨著感應(yīng)電動勢隨著感應(yīng)電動勢E EH H的增加，的增加， fE不斷增加，最終不斷增加，最終fL與與fE半半達到某一平衡值，即：達到某一平衡值，即： fL +fE =0 設(shè)通過半導(dǎo)體的電流設(shè)通過半導(dǎo)體的電流I為為: I=-envbd C CD DE EH H（n n為單位體積的載流子數(shù)量）為單位體積的載流子數(shù)量）E EH H= =IBIB/end=/end=S SH HI

7、BIBS SH H靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù) 霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng): 霍爾發(fā)現(xiàn)，如果對位于磁場霍爾發(fā)現(xiàn)，如果對位于磁場(B)(B)中的導(dǎo)體施加一中的導(dǎo)體施加一個電壓個電壓(V)(V)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一在既與磁場垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一個電壓個電壓(E(EH H) )，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被，人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。 當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲

8、力的作用，當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片C、D方向的端面之間建立起霍方向的端面之間建立起霍爾電勢爾電勢EH。C CA AB B霍爾效應(yīng)演示霍爾效應(yīng)演示 霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 D D2 2、霍爾元件霍爾傳感器霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件。特點：特點：靈敏度高，線性度較好，任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接

9、近開關(guān)霍爾元件霍爾元件霍爾電極霍爾電極激勵激勵電極電極霍爾元件霍爾元件是一種四端器件，本身不帶放大器?；魻栯妱菀话阍诤练考?，在實際使用時必須加差分放大器，霍爾元件大體分為線性測量和開關(guān)狀態(tài)兩種使用方式。任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)則 由上式可知，霍爾傳感器的靈敏度是在單位磁感應(yīng)強度 和單位控制電流 作用下，所產(chǎn)生的霍爾電勢。令： ，則：其中K 稱為霍爾系數(shù)。顯然霍爾系數(shù)由半導(dǎo)體材料性質(zhì)決定，它影響霍爾電勢的大小。由此可導(dǎo)出靈敏度如下 3 3、霍爾系數(shù)及靈敏度 peKneKHH11或dIBKUHHHRdKSHHsiniBKEHH1B1I任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān) 4 4、

10、結(jié)論從上述推導(dǎo)中得知：（1）由于金屬材料的電子密度 很大，霍爾系數(shù)小，靈敏度低，不適于制作霍爾元件。（2）元件厚度愈薄，靈敏度愈高；但過薄的元件會使輸入、輸出電阻增大。n任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān) 霍爾元件材料霍爾元件材料: 霍爾元件是霍爾元件是一種四端元件一種四端元件因：因：E EH H= =IBIB/end/end1 1鍺鍺(Ge)(Ge)，N N型及型及P P型均可。型均可。 2 2硅硅(Si)(Si)N N型及型及P P型均可。型均可。3 3砷化銦砷化銦(InAs)(InAs)和銻化銦和銻化銦(InSb)(InSb)，這兩，這兩種材料的特性很相似。種材料的特性很相似?；魻栐?/p>

11、件材料為什么必須用半導(dǎo)體材料？霍爾元件材料為什么必須用半導(dǎo)體材料？用金屬材料可以么？用金屬材料可以么？霍爾元件材料為什么必須用薄片？霍爾元件材料為什么必須用薄片？用厚片可以么？用厚片可以么？霍爾元件霍爾元件 磁感應(yīng)強度B較大時的情況, ,作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度強度B越強，霍爾電勢也就越高。越強，霍爾電勢也就越高。EH=KH IB 影響霍爾電動勢的因素影響霍爾電動勢的因素磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B B為零時的情況為零時的情況C CD DA AB B 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B B較小時的情況較小時的情況, ,作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度強度B B越小

12、，霍爾電勢也就越低。越小，霍爾電勢也就越低。E EH H=K=KH HIB IB 若磁感應(yīng)強度若磁感應(yīng)強度B B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度度 時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強度是其法線時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即方向（與薄片垂直的方向）的分量，即B Bcoscos ，這時的霍爾電，這時的霍爾電勢為勢為: 結(jié)論：霍爾電勢與輸入電流結(jié)論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應(yīng)強度、磁感應(yīng)強度B成正成正比，且當比，且當B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。

13、如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同同頻率的交變電勢頻率的交變電勢。 E EH H=K=KH HIBcosIBcos 影響霍爾電動勢的因素影響霍爾電動勢的因素1 1）. . 額定額定激勵電流激勵電流IH : : 使霍爾元件溫升使霍爾元件溫升1010所施加的控制電流值稱為額所施加的控制電流值稱為額定激勵電流。通常用定激勵電流。通常用I IH H表示。由于霍爾電勢隨激勵電表示。由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的流。但激勵電流增

14、大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂溫漂增大，因此每種增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值型號的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。從幾毫安至十幾毫安。 以下哪一個激勵電流的數(shù)值較為妥當？以下哪一個激勵電流的數(shù)值較為妥當？A A、5 5A BA B、0.1mA C0.1mA C、2mA D2mA D、80mA80mA 3.3.霍爾元件的主要技術(shù)指標霍爾元件的主要技術(shù)指標2 2）. .靈敏度靈敏度K KH:H:是在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流作是在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流作用下空載霍爾電勢值

15、。用下空載霍爾電勢值。3）.輸入電阻輸入電阻R RI I：它是指控制電流極間的電阻值。它它是指控制電流極間的電阻值。它規(guī)定要在室溫規(guī)定要在室溫(20(205)5)的環(huán)境溫度中測取。的環(huán)境溫度中測取。4 4）. . 輸出電阻輸出電阻R RL L ：它是指霍爾電極間的電阻值。它是指霍爾電極間的電阻值。規(guī)定中要求在規(guī)定中要求在(20(205)5)的條件下測取。的條件下測取。5 5）. . 不等位電勢不等位電勢E E0 0：當霍爾元件通以控制電流當霍爾元件通以控制電流I IH H而不而不加外磁場時，它的霍爾輸出端之間仍有空載電勢存在，稱加外磁場時，它的霍爾輸出端之間仍有空載電勢存在，稱為不等位電勢。為

16、不等位電勢。6 6）. . 寄生直流電勢寄生直流電勢V V0 0: : 當不加外磁場，控制電流改用額定交流電流時，當不加外磁場，控制電流改用額定交流電流時，霍爾電極間的空載電勢為直流與交流電勢之和。其中霍爾電極間的空載電勢為直流與交流電勢之和。其中的交流霍爾電勢與前述零位電勢相對應(yīng)，而直流霍爾的交流霍爾電勢與前述零位電勢相對應(yīng)，而直流霍爾電勢是個寄生量，稱為寄生直流電勢電勢是個寄生量，稱為寄生直流電勢V V。 7 7）. . 熱阻熱阻R RQ Q: : 它表示在霍爾電極開路情況下，在霍爾元件上它表示在霍爾電極開路情況下，在霍爾元件上輸入輸入lmWlmW的電功率時產(chǎn)生的溫升，單位為的電功率時產(chǎn)生

17、的溫升，單位為/mW/mW。所。所以稱它為熱阻是因為這個溫升的大小在一定條件下以稱它為熱阻是因為這個溫升的大小在一定條件下與電阻有關(guān)。與電阻有關(guān)?；魻杺鞲衅鲀?yōu)點：n磁場敏感磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單、體積小體積小、頻率響應(yīng)寬頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變輸出電壓變化大化大和使用和使用壽命長壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 霍爾元件霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近

18、有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。 4.霍爾開關(guān)霍爾開關(guān)4.霍爾接近式開關(guān)霍爾接近式開關(guān) 當磁鐵的有效磁極接近、當磁鐵的有效磁極接近、并達到動作距離時，霍爾式接并達到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作?；魻柦咏_關(guān)一近開關(guān)動作?；魻柦咏_關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。般還配一塊釹鐵硼磁鐵。 用霍爾用霍爾ICIC也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。 在右圖中，當磁鐵隨運動部在右圖中，當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米

19、件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾時，霍爾ICIC的輸出由高電平變?yōu)榈妮敵鲇筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖剑?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸低電平，經(jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾動（否則將撞壞霍爾ICIC）起到限）起到限位的作用位的作用。 霍爾接式近開關(guān)霍爾接式近開關(guān)霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示示n= = 6060f4(r/min)軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 開關(guān)型霍爾開關(guān)型霍爾ICIC T T4、霍爾接式近開關(guān)、霍爾接式近開關(guān)訖今為止，已在現(xiàn)代汽車上廣泛應(yīng)用的霍爾器件有：分電器上作信號傳感器分電器上作信號傳感器; ;ABSA

20、BS系統(tǒng)中的速度傳感器系統(tǒng)中的速度傳感器; ;汽車速度表和里程表汽車速度表和里程表; ;液體物理量檢測器液體物理量檢測器; ;各種用電負載的電流檢測及工作狀態(tài)診斷各種用電負載的電流檢測及工作狀態(tài)診斷; ;發(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸角度傳感器發(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸角度傳感器; ;各種開關(guān)，等等各種開關(guān)，等等; ; 5.霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 霍爾器件通過檢測磁場變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觯捎糜诒O(jiān)視和測量汽車各部件運行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實現(xiàn)自

21、動檢測。目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車的惡劣工作環(huán)境。 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用 1）、霍爾特斯拉計（高斯計）、霍爾特斯拉計（高斯計） 霍爾元件霍爾元件霍爾高斯計（特斯拉計）的使用霍爾高斯計（特斯拉計）的使用 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵1 1）、霍爾特斯拉計（高斯計）、霍爾特斯拉計（高斯計）霍爾傳感器用于測量磁場強度霍爾傳感器用于測量磁場強度 霍爾元件霍爾元件測量鐵心測量鐵心 氣隙的氣隙的B值值2 2）、霍爾特斯拉計（高斯計）、霍爾特斯拉計（高斯計）3）、霍爾轉(zhuǎn)速表）、霍爾轉(zhuǎn)速表60 22fn 在被

22、測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸轉(zhuǎn)動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。速。S SN N線性霍爾線性霍爾磁鐵磁鐵 當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平

23、；可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平?；魻栟D(zhuǎn)速表原理霍爾轉(zhuǎn)速表原理3）、霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾轉(zhuǎn)速表 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)有助于控制剎車力的轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。大小。帶有微帶有微型磁鐵型磁鐵的霍爾的霍爾傳感器傳感器鋼質(zhì)鋼質(zhì)霍爾霍爾霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABSABS）中的應(yīng)用）中的應(yīng)用 3）、霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾轉(zhuǎn)速表霍爾轉(zhuǎn)速表

24、的其他安裝方法霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法 只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生產(chǎn)生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。轉(zhuǎn)速信號。 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵3）、霍爾轉(zhuǎn)速表、霍爾轉(zhuǎn)速表霍爾式位移傳感器原理示意圖霍爾式位移傳感器原理示意圖4 4）、霍爾式位移傳感器）、霍爾式位移傳感器無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用 電動自行車電動自行車可充電可充電電池組電池組無刷電動機無刷電動機5）霍爾式無刷電動機霍爾式無刷電動機 無刷直流電動機的無刷直流電動機的外外轉(zhuǎn)子

25、采用高性能位置傳轉(zhuǎn)子采用高性能位置傳感器產(chǎn)生六個狀態(tài)編碼感器產(chǎn)生六個狀態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功信號，控制逆變橋各功率管通斷，使三相內(nèi)定率管通斷，使三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率高、無火花、可靠性強高、無火花、可靠性強等特點。等特點。無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用 5）、霍爾式無刷電動機、霍爾式無刷電動機 電動自行車的電動自行車的無刷電動機及控制電路無刷電動機及控制電路 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM調(diào)調(diào)速速5）、霍爾式無刷電動機、霍爾式無刷電動機 光驅(qū)用的無刷電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)光驅(qū)用的無刷電動機內(nèi)部

26、結(jié)構(gòu)5）、霍爾式無刷電動機、霍爾式無刷電動機 1.當霍爾元件作線性測量時，最好選用靈當霍爾元件作線性測量時，最好選用靈敏度較低、不等位電勢小、穩(wěn)定性和線性敏度較低、不等位電勢小、穩(wěn)定性和線性區(qū)優(yōu)良的霍爾元件。區(qū)優(yōu)良的霍爾元件。例如例如：選用KH=5mvmAkGs，控制電流為5mA的霍爾元件作線性測量元件，若要測量1Gs10kGs的磁場，則霍爾器件最低輸出電勢UH為 最大 故要選擇低噪音的放大器作為前級放大。mA025. 0105513BIKUHHmA2501055BIKUHH任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān) 選擇選擇2.當霍爾元件作開關(guān)使用時，要選擇當霍爾元件作開關(guān)使用時，要選擇靈敏度高

27、的霍爾器件。靈敏度高的霍爾器件。 例如：例如：選用KH=20mvmAkGs，若控制電流為2mA，施加一個距離器件5mm的300Gs的磁場，則輸出霍爾電勢為 這時選用一般的放大器即可滿足。 mA123 . 0220BIKUHH任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)霍爾元件的測量誤差和補償方法 1 1、測量誤差：、測量誤差：零位誤差、溫度誤差 原因原因：一是半導(dǎo)體固有特性； 一為半導(dǎo)體制造工藝的缺陷。2、零位誤差及補償方法、零位誤差及補償方法零位誤差零位誤差：是霍爾元件在加控制電流但不加外磁 場時，出現(xiàn)的霍爾電勢稱為零位誤差。原因原因：由制造霍爾元件的工藝問題造成，使元件兩側(cè)的電極難于焊在同一等電

28、位上。任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)溫度誤差：溫度誤差：霍爾元件的內(nèi)阻（輸入、輸出電阻） 隨溫度變化。原原 因：因：由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和 載流于濃度等都會隨溫度變化而變化。補償方法：補償方法： 利用輸出回路并聯(lián)溫敏電阻進行補償 利用輸入回路的串聯(lián)電阻進行補償任務(wù)一任務(wù)一 認識接近開關(guān)認識接近開關(guān)二、光電式傳感器二、光電式傳感器 概述概述自動沖水機、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報自動沖水機、路燈的控制、光電計數(shù)器、煙霧報警器等都是利用了光電傳感器的原理。警器等都是利用了光電傳感器的原理?！灸芰孔儞Q】光電式傳感器是一種將光能變化轉(zhuǎn)換為電量變化的傳感器 。 任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入啤酒生

29、產(chǎn)線：產(chǎn)品計數(shù)啤酒生產(chǎn)線：產(chǎn)品計數(shù)【原理】光電效應(yīng) 【用途】用途很廣：煙度測量、轉(zhuǎn)速測量、光電開關(guān)、太陽能利用。 【類型】外光電效應(yīng)的光電器件（光電管、 光電倍增管） 內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件（光敏電阻、光電池、光敏管、光電耦合器件）【特點】靈敏度高；線性度較低；初始電流不為零。一、外光電效應(yīng)一、外光電效應(yīng)（物體內(nèi)的電子向外發(fā)射） 在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象。一、外光電效應(yīng)一、外光電效應(yīng)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程： 式中: 普朗克常數(shù)； 光的頻率； 電子質(zhì)量； 電子逸出速度； 電子逸出功。由光電效應(yīng)方程式可知：(1) 光電子產(chǎn)生的光電子產(chǎn)生的條件條件是： (即:光子能量逸

30、出功) 由于為常數(shù)，要滿足上述條件，必須是頻率有足夠大，每一種物體都有一個對應(yīng)的頻率閾值，稱為紅限頻率（或波長限）。(2) 當光頻當光頻一定時，產(chǎn)生的光電流大小與入一定時，產(chǎn)生的光電流大小與入 射的光子數(shù)目成比例射的光子數(shù)目成比例 即光電流與光強（或光通量）成比例。(3) 光電子一旦產(chǎn)生，便具有初始動能光電子一旦產(chǎn)生，便具有初始動能 。 因此光電管即便沒有外加工作電壓也會有光電流產(chǎn)生，為使初始光電流為零，必須加負的截止電壓。二、內(nèi)光電效應(yīng)二、內(nèi)光電效應(yīng)材料內(nèi)部電子的運動狀態(tài)發(fā)生變化1 1、光電導(dǎo)效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量從健合狀態(tài)（一種平衡狀態(tài)）過渡到自由狀態(tài)，從而引起材

31、料電阻率的變化。電子能量級示意圖 產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)的條件是：光子能量h必須大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度。 即 式中 入射光的波長； 光的傳播速度； 普朗光常數(shù)。 由此可得吸收波長的最大極限為：由此可得吸收波長的最大極限為：只有在光波長小于值時，才能產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。2 2、光生伏特效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)在光線作用下，半導(dǎo)體物體產(chǎn)生一定方向的電動勢。(1) (1) 結(jié)光電效應(yīng)（勢壘效應(yīng)）結(jié)光電效應(yīng)（勢壘效應(yīng)）: :光線照射半導(dǎo)體結(jié) (PN結(jié))時，所產(chǎn)生的光電動勢。(2) (2) 側(cè)向光電效應(yīng)側(cè)向光電效應(yīng): :半導(dǎo)體器件受光照不均勻時，由于載流子濃度不同而產(chǎn)生光電動勢。 外光電效應(yīng)的光電器件 外光電效應(yīng)的光電

32、器件:光電管、光電倍增管一、光電管一、光電管在一個真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個電極，光電陰極和陽極，陰極發(fā)射電子，陽極吸收電子。陰極發(fā)射電子的條件：陰極發(fā)射電子的條件：入射光的頻率足夠大，即具有適當短的波長。光電管的結(jié)構(gòu)和工作原理光電管的結(jié)構(gòu)和工作原理一、光電管一、光電管光電管的特性曲線光電管的特性曲線 1、伏安特性光電管的特性曲線光電管的特性曲線2、光照特性 1- 1-氧銫陰極氧銫陰極 2- 2-銻銫陰極銻銫陰極對紅外光源，常用銀氧銫陰極，構(gòu)成紅外探測器。對紅外光源，常用銀氧銫陰極，構(gòu)成紅外探測器。對紫外光源，常用銻銫陰極和鎂鎘陰極。對紫外光源，常用銻銫陰極和鎂鎘陰極。二、光電倍增管二、光電倍增管

33、由光電陰極、若干倍增極和陽極三部分組成。 原理示意圖原理示意圖二、光電倍增管二、光電倍增管將將微弱微弱光信號轉(zhuǎn)換成光信號轉(zhuǎn)換成電信號電信號且進行且進行放大放大的真空電子器件。光電倍增管的真空電子器件。光電倍增管用在光學測量儀器和光譜分析儀器中。它能在低能級光度學和光譜學用在光學測量儀器和光譜分析儀器中。它能在低能級光度學和光譜學方面測量波長方面測量波長20012002001200納米的極微弱輻射功率。閃爍計數(shù)器的出現(xiàn)，納米的極微弱輻射功率。閃爍計數(shù)器的出現(xiàn)，擴大了光電倍增管的應(yīng)用范圍。激光檢測儀器的發(fā)展與采用光電倍增擴大了光電倍增管的應(yīng)用范圍。激光檢測儀器的發(fā)展與采用光電倍增管作為有效接收器密

34、切有關(guān)。電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開光管作為有效接收器密切有關(guān)。電視電影的發(fā)射和圖象傳送也離不開光電倍增管。光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機械、化工、地質(zhì)、電倍增管。光電倍增管廣泛地應(yīng)用在冶金、電子、機械、化工、地質(zhì)、醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。醫(yī)療、核工業(yè)、天文和宇宙空間研究等領(lǐng)域。組成玻璃殼光電陰極K電子倍增極D引出管腳陽極A倍增極倍增極：倍增極上外加工作電壓，在受光照時，倍增極在受到一定數(shù)量的電子轟擊后，能發(fā)射出更多的電子，“二次電子”，從而獲得大的輸出電流。一般為1214級，多達30級。陽極電流陽極電流： 式中 陰極產(chǎn)生的光電流； 倍增極的二次電子數(shù)； 倍增極數(shù)目；

35、 倍增系數(shù)。按入射光接收方式可分為按入射光接收方式可分為端窗式側(cè)窗式側(cè)窗型光電倍增管（側(cè)窗型光電倍增管（R R系列）是從玻璃殼的側(cè)面接收入射光，兩端窗系列）是從玻璃殼的側(cè)面接收入射光，兩端窗型光電倍增管（型光電倍增管（CRCR系列）則從玻璃殼的頂部接收射光。圖系列）則從玻璃殼的頂部接收射光。圖2 2和圖和圖3 3分別分別是側(cè)窗式光電倍增管和端窗式光電倍過管的外形圖。是側(cè)窗式光電倍增管和端窗式光電倍過管的外形圖。在通常情況下，側(cè)窗型光電倍增管（在通常情況下，側(cè)窗型光電倍增管（R R系列）的單價比較便宜系列）的單價比較便宜（一般數(shù)百元（一般數(shù)百元/ /只），在分光光度計、旋光儀和常規(guī)光度測定方面具

36、只），在分光光度計、旋光儀和常規(guī)光度測定方面具有廣泛的應(yīng)用。大部分的側(cè)窗型光電倍增管使用不透明光陰極（反射有廣泛的應(yīng)用。大部分的側(cè)窗型光電倍增管使用不透明光陰極（反射式光陰極）和環(huán)形聚焦型電子倍增極結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠使其在較低式光陰極）和環(huán)形聚焦型電子倍增極結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠使其在較低的工作電壓下具有較高的靈敏度。的工作電壓下具有較高的靈敏度。端窗型光電倍增管（端窗型光電倍增管（CRCR系列）也稱頂窗型光電倍增管。其系列）也稱頂窗型光電倍增管。其價格一般在千元以上，它是在其入射窗的內(nèi)表面上沉積了價格一般在千元以上，它是在其入射窗的內(nèi)表面上沉積了半透明的光陰極（透過式光陰極），這使其具有優(yōu)于側(cè)窗

37、半透明的光陰極（透過式光陰極），這使其具有優(yōu)于側(cè)窗型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點是擁有從幾十平方型的均勻性。端窗型光電倍增管的特點是擁有從幾十平方毫米到幾百平方厘米的光陰極，另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了針對毫米到幾百平方厘米的光陰極，另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了針對高能物理實驗用的可以廣角度捕獲入射光的大尺寸半球形高能物理實驗用的可以廣角度捕獲入射光的大尺寸半球形光窗的光電倍增管。光窗的光電倍增管。 端窗型光電倍增管的剖面結(jié)構(gòu)圖端窗型光電倍增管的剖面結(jié)構(gòu)圖過程及優(yōu)點：過程及優(yōu)點：當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這當光照射到光陰極時，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統(tǒng)

38、，并通過進一步的二些光電子按聚焦極電場進入倍增系統(tǒng)，并通過進一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。作為信號輸出。因為采用了二次發(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探因為采用了二次發(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測器中，具測紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測器中，具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點。響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點。 在使用光電倍增管時，應(yīng)特別注意以下幾點

39、： （1 1）光電倍增管的工作電壓可能造成電擊，在儀器設(shè)計中應(yīng)適當?shù)卦O(shè)置保護）光電倍增管的工作電壓可能造成電擊，在儀器設(shè)計中應(yīng)適當?shù)卦O(shè)置保護裝置。裝置。（2 2）由于光電倍增管的封裝尾管易受外力或振動而損傷，故應(yīng)盡量保證其安）由于光電倍增管的封裝尾管易受外力或振動而損傷，故應(yīng)盡量保證其安全。特別是對帶有過渡封裝的合成石英外殼的光電倍增管，應(yīng)特別注意外力全。特別是對帶有過渡封裝的合成石英外殼的光電倍增管，應(yīng)特別注意外力的沖擊和機械振動等影響。的沖擊和機械振動等影響。 （3 3）不要用手觸光電倍增管，面板上的光土和手印會影響光信號的穿透率，）不要用手觸光電倍增管，面板上的光土和手印會影響光信號的穿

40、透率，受到污染的管基會產(chǎn)生低壓漏光。光電倍增管受到污染后，可用酒精擦試干受到污染的管基會產(chǎn)生低壓漏光。光電倍增管受到污染后，可用酒精擦試干凈。凈。 （4 4）當陽光或其他強光照射到光電倍增管時，會損傷管中的光陰極。所以光）當陽光或其他強光照射到光電倍增管時，會損傷管中的光陰極。所以光電倍增管存放時，不應(yīng)暴露在強光中。電倍增管存放時，不應(yīng)暴露在強光中。（5 5）玻璃管基（芯柱）光電倍增管比塑料管基更缺乏緩沖保護，所以對玻璃）玻璃管基（芯柱）光電倍增管比塑料管基更缺乏緩沖保護，所以對玻璃管基的管子應(yīng)更加保護，例如，在管座上焊接分壓電阻時，應(yīng)將光電倍增管管基的管子應(yīng)更加保護，例如，在管座上焊接分壓電

41、阻時，應(yīng)將光電倍增管先插入管座中。先插入管座中。 （6 6）在使用中需要冷卻光電倍增管時，應(yīng)經(jīng)常將光電倍增管的相關(guān)部件也進）在使用中需要冷卻光電倍增管時，應(yīng)經(jīng)常將光電倍增管的相關(guān)部件也進行冷卻。行冷卻。 氦氣會穿透石英管殼，從而使噪聲值升高。因此，在使用和存放中氦氣會穿透石英管殼，從而使噪聲值升高。因此，在使用和存放中避免將光電倍增管暴露在有氦氣存在的環(huán)境中避免將光電倍增管暴露在有氦氣存在的環(huán)境中 。尺寸光電倍增管根據(jù)不同的應(yīng)用有不同的尺寸大小，目前世界光電倍增管根據(jù)不同的應(yīng)用有不同的尺寸大小，目前世界上最大的光電倍增管是上最大的光電倍增管是2020英寸，由日本濱松光子學株式會英寸，由日本濱松

42、光子學株式會社社(hamamatsu)(hamamatsu)研制生產(chǎn)，最初用于小柴昌俊的超級神岡研制生產(chǎn)，最初用于小柴昌俊的超級神岡探測器中，裝入了探測器中，裝入了1120011200個，并最終探測到了宇宙中微子，個，并最終探測到了宇宙中微子，小柴昌俊因此獲得了小柴昌俊因此獲得了20022002年諾貝爾物理學獎，而年諾貝爾物理學獎，而2020寸光電寸光電倍增管也因此在倍增管也因此在20142014年獲得年獲得IEEEIEEE里程碑里程碑 。應(yīng)用應(yīng)用光電倍增管（光電倍增管（PMTPMT）是光子技術(shù)器件中的一個重要產(chǎn)品，）是光子技術(shù)器件中的一個重要產(chǎn)品，它是一種具有極高靈敏度和超快時間響應(yīng)的光探測

43、器件。它是一種具有極高靈敏度和超快時間響應(yīng)的光探測器件?？蓮V泛應(yīng)用于光子計數(shù)、極微弱光探測、化學發(fā)光、生物可廣泛應(yīng)用于光子計數(shù)、極微弱光探測、化學發(fā)光、生物發(fā)光研究、極低能量射線探測、分光光度計、旋光儀、色發(fā)光研究、極低能量射線探測、分光光度計、旋光儀、色度計、照度計、塵埃計、濁度計、光密度計、熱釋光量儀、度計、照度計、塵埃計、濁度計、光密度計、熱釋光量儀、輻射量熱計、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設(shè)備中。輻射量熱計、掃描電鏡、生化分析儀等儀器設(shè)備中。內(nèi)光電效應(yīng)器件光敏電阻光電池光敏管光敏二極管光敏三極管光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)工作原理工作原理光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)工作原理工作原理 一、光敏電阻一、

44、光敏電阻 是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電器件。 特點：特點：靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等，但線性度較低。 用途用途：主要作光敏開關(guān)光敏開關(guān)用。(1) (1) 原理原理 利用半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)。由公式 可知，光敏電阻存在一個照射光的波長限 。只有波長小于 的光照射時才能產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏

45、度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量

46、后可躍量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓

47、，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。內(nèi)載流子數(shù)目的多少。(2) (2) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)光敏電阻的測量光敏電阻的測量2 2 主要參數(shù)和基本特性主要參數(shù)和基本特性(1) (1) 暗電阻、暗電流暗電阻、暗電流：在室溫條件下，全暗時測得的電阻

48、和電流。 亮電阻、亮電流亮電阻、亮電流：光敏電阻在某一光照下測得的電阻和電流。 暗電阻越大，亮電阻越小性能越好。應(yīng)用光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及應(yīng)速度快，光譜特性及r r值一致性好等特點外，在值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機，太陽能庭院性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各迷你小夜燈，

49、光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關(guān)控制種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關(guān)控制領(lǐng)域。下面給出幾個典型應(yīng)用電路。領(lǐng)域。下面給出幾個典型應(yīng)用電路。 例例1.如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的如圖示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于選擇開關(guān)置于檔，用光照射光敏電阻時表針的偏角為檔，用光照射光敏電阻時表針的偏角為， 現(xiàn)用手現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)檎茡踝〔糠止饩€，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷，則可判斷 （ ）A. = B. D. 不能確定不能確定和和 的關(guān)系的關(guān)系 B例例2.（新教材（新教材 2003天津理綜）如

50、圖，當電鍵天津理綜）如圖，當電鍵K斷開時，用光子斷開時，用光子能量為能量為2.5eV的一束光照射陰極的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為( ) A 1.9eV B 0.6eV C 2.5eV D 3.1eV 例例3.用遙控器調(diào)換電視機頻道的過程，用遙控器調(diào)換電視機頻道的過程

51、，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程。下列屬于這類傳感電信號的過程。下列屬于這類傳感器的是器的是（ ）A紅外報警裝置紅外報警裝置 B走廊照明燈的聲控開關(guān)走廊照明燈的聲控開關(guān)C自動洗衣機中的壓力傳感裝置自動洗衣機中的壓力傳感裝置D電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 AA2 2 主要參數(shù)和基本特性主要參數(shù)和基本特性(2) (2) 光照特性：光電流光照特性：光電流I I與光通量與光通量L L的關(guān)系，即靈的關(guān)系，即靈敏度（有時也用照度敏度（有時也用照度電阻特性來表示靈敏電阻特性來表示靈敏度）。度）。 光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作

52、為測量元件，一般均作為開關(guān)元件。 (3) (3) 光譜特性：光電流光譜特性：光電流I I與入射光波長與入射光波長的關(guān)系的關(guān)系I硫化鎘II 硫化鉈III硫化鋁光譜特性與材料有關(guān)；與工藝無關(guān)。(4) (4) 伏安特性伏安特性：光電流與外加工作電壓的關(guān)系。在一定照度下光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系。 (5) (5) 溫度特性溫度特性 光敏電阻受溫度的影響較大，隨著溫度的升高靈敏度有顯著下降 。溫度系數(shù)：3 3 與負載的匹配與負載的匹配每個光敏電阻都有一允許的最大耗散功率 ，不能超過這一數(shù)值使用，即 取負載電阻 與光敏電阻 相等時，可獲得最大的信號功率。 應(yīng)用電路應(yīng)用電路 光敏電阻的應(yīng)用電路

53、 例例5.用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路用如圖示的電磁繼電器設(shè)計一個由光敏電阻來控制路燈的實驗電路。要求是：光暗時燈亮，光亮時燈滅?？晒舻膶嶒炿娐?。要求是：光暗時燈亮，光亮時燈滅?？晒┻x擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學生用電源、繼電選擇的器材如下：光敏電阻、小燈泡、學生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。ecab220V解：光敏電阻受到光照射時電阻解：光敏電阻受到光照射時電阻變小變小 ，將光敏電阻、小燈泡、學，將光敏電阻、小燈泡、學生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串生用電源、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入繼電器的聯(lián)接入繼電器的a、b端，如圖示：端，如圖示

54、：將交流電源與路燈接入將交流電源與路燈接入c、e之間。之間。光暗時光敏電阻值大，光暗時光敏電阻值大，ab間電流間電流小，磁性弱，小，磁性弱，ce處于閉合，燈亮。處于閉合，燈亮。 光亮時，光敏電阻值小，光亮時，光敏電阻值小， ab間電流大，磁性強，吸住銜鐵，間電流大，磁性強，吸住銜鐵，電路電路ce處斷開，燈滅。處斷開，燈滅。內(nèi)光電效應(yīng)器件內(nèi)光電效應(yīng)器件二、光電池二、光電池光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)變成電能的器件，又稱為太陽電池。光電池一般是在型硅片上擴散硼形成層，或在型硅單晶片上擴散型雜質(zhì)，都可制成硅光電池。工作原理工作原理由于熱運動，區(qū)中的電子就向區(qū)擴散，而區(qū)中的空穴則向區(qū)擴散，結(jié)果

55、在過渡區(qū)形成了一個電場，電場的方向指向，以阻止擴散作用。 內(nèi)光電效應(yīng)器件內(nèi)光電效應(yīng)器件三、光敏二極管和光敏三極管三、光敏二極管和光敏三極管1 1、光敏管的工作原理、光敏管的工作原理 吸收光量，產(chǎn)生電子、空穴對。 光敏二極管光敏二極管:一種PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件。 光電二極光電二極管管三、光敏二極管和光敏三極管三、光敏二極管和光敏三極管 1 1、光敏管的工作原理、光敏管的工作原理 當受到光照時，結(jié)附近吸收能量而產(chǎn)生電子空穴對。使P、N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，在外加反偏電壓和內(nèi)電場的作用下，區(qū)少數(shù)載流子渡越阻擋層進入?yún)^(qū)，區(qū)的進入?yún)^(qū)，從而使結(jié)的反向電流增加，這就成了光電流。 光敏二極管比

56、光敏電阻優(yōu)越：響應(yīng)速度快用途用途: 光或遠紅外線探測； 自動控制； 自動計數(shù)； 自動報警。光敏三極管：光敏三極管：與二極管結(jié)構(gòu)相似，僅多了一個PN結(jié)。 光照射發(fā)射擊結(jié)在基極處，產(chǎn)生的光電流相當于基極電流，因而集電極電流被放大了()倍。所以光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。 光敏三極管光敏三極管 2 2、光敏管的基本特性、光敏管的基本特性(1) (1) 光譜特性：光譜特性：在光照一定時，輸出的光電流（或相對光譜靈敏度）隨光波波長的變化而變化，這就是光敏管的光譜特性。 2 2、光敏管的基本特性、光敏管的基本特性 (2 (2) ) 伏安特性伏安特性 ：在光照一定時，輸出的光電流與外加電壓關(guān)系。

57、 在零偏壓時，二極管仍有光電流輸出（光生伏特效應(yīng)）；三極管沒有，其光電流比約大100倍。(3) 光照特性（靈敏度） 可見，二極管的光照特性具有較好的線性度。(4) (4) 頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：在一定頻率的調(diào)制光照射時，光敏管輸出的光電流（負載上的電壓）隨頻率的變化關(guān)系。 減少負載電阻可以提高響應(yīng)頻率，但輸出功率將隨之降低，在實際應(yīng)用中，一般是根據(jù)頻率要求來選擇最佳的負載電阻。 (5) (5) 溫度特性：溫度特性：光電流隨溫度變化而改變 暗電流隨溫度升高而增加的原因是熱激發(fā)所造成的，在電路中暗電流是一種噪聲電流。在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度變化對光電流的影響較小，其光電流主要由光照強度決定的。 光電

58、傳感器的應(yīng)用光電傳感器的應(yīng)用一、應(yīng)用形式一、應(yīng)用形式(1)(1)、被測物是光源、被測物是光源 物體的光通量和光譜的強度分布都是被測物體的函數(shù)。 (2)(2)、被測物能吸收光通量、被測物能吸收光通量 恒光源為白熾燈，光通量穿過物體時，部分被吸收后到達光電元件上，吸收量決定于被測物質(zhì)的被測參數(shù)（如液體、氣體的透明度）。光敏三極管和普通三極管區(qū)別光敏三極管(Phototransistor)和普通三極管相似，也有電流(Current)放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償(Temperature com

59、pensation)和附加控制等作用。 光敏三極管又稱光電三極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋．敼饷羧龢O管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。(3)(3)、被測物具有反射能力、被測物具有反射能力 由恒光源發(fā)射出的光能量到被測物，然后再反射到光電元件上，被測物表面反射條件取決于物體表面性質(zhì)或狀態(tài)（如光潔度、粗糙度、污染程度）。因此，光電元件的輸出信號是這些非電量的函數(shù)。 (4)(4)、被測物體能遮蔽光通量、被測物體能遮蔽光通量 以恒光源發(fā)射的光通量被測物遮蔽了一部分（位移或振

60、動測量等）。1.1.光電耦合器光電耦合器光耦合器(optical coupler，英文縮寫為OC)亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。二、光電耦合器件二、光電耦合器件按結(jié)構(gòu)和用途1、實現(xiàn)電隔離的光電耦合器光電耦合器2、用于檢測有無物體的光電開關(guān)光電開關(guān)各種光耦圖片各種光耦圖片光電耦合器是由一