第8章23光敏傳感器100601

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 光電式傳感器通常能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。喜馬拉雅山東側(cè) 印度恒河 墨西哥的活火山 美宇航局給這組照片起了一個(gè)令人無限遐想的名字“地球藝術(shù)”(Earth Art)，將利用其來研究地球不斷變化的地形及從上升的海平面到采伐森林等環(huán)境變化。1999年，美宇航局地球資源衛(wèi)星攜帶的先進(jìn)儀器增強(qiáng)型專題制圖儀(ETM+)捕捉到落基山部分上石炭地形一張“偽彩色”(false-colour)照片。之所以稱為“偽彩色”，是因?yàn)閿z像機(jī)使用的過濾器主要用于捕捉環(huán)境現(xiàn)象，以利于研究人員深入研究。一、應(yīng)用領(lǐng)域：一、應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、

2、軍事等(1) (1) 零件的識(shí)別與定位零件的識(shí)別與定位1 1、工業(yè)檢測、工業(yè)檢測例：雙目立體視覺檢測系統(tǒng)例：雙目立體視覺檢測系統(tǒng) 簡單視覺的機(jī)器人系統(tǒng)簡單視覺的機(jī)器人系統(tǒng) 自動(dòng)連接引線、對(duì)準(zhǔn)自動(dòng)連接引線、對(duì)準(zhǔn)芯片和封裝；芯片和封裝； 自動(dòng)安裝部件，自動(dòng)焊自動(dòng)安裝部件，自動(dòng)焊接或自動(dòng)切割加工、自接或自動(dòng)切割加工、自動(dòng)澆注系統(tǒng)等。動(dòng)澆注系統(tǒng)等。 (2) (2) 零件尺寸的在線測量零件尺寸的在線測量(3) (3) 零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測芯片定位芯片定位芯片管腳檢測芯片管腳檢測鋼板厚度的在線測量鋼板厚度的在線測量 木料檢測原理木料檢測原理例：木料檢測：缺陷、體積例：木料檢測：缺陷

3、、體積 (3) (3) 產(chǎn)品分類、分組產(chǎn)品分類、分組(5) (5) 產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、編碼識(shí)別產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、編碼識(shí)別蘋果分級(jí)、分色、配色蘋果分級(jí)、分色、配色商品條碼、印鑒、標(biāo)簽商品條碼、印鑒、標(biāo)簽“手手-眼眼”定位：定位： 兩個(gè)攝像機(jī)兩個(gè)攝像機(jī) - 兩幅平面圖像兩幅平面圖像 - 三維場景信息三維場景信息 用于：目標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別、障礙物判斷、主動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)視覺導(dǎo)航用于：目標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別、障礙物判斷、主動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)視覺導(dǎo)航 無人駕駛汽車、無人駕駛飛機(jī)、無人戰(zhàn)車、探測機(jī)器人無人駕駛汽車、無人駕駛飛機(jī)、無人戰(zhàn)車、探測機(jī)器人實(shí)例：美國實(shí)例：美國Sojourner系列和系列和Rocky系列火星探測移動(dòng)機(jī)器人系列火

4、星探測移動(dòng)機(jī)器人2 2、機(jī)器人導(dǎo)航、機(jī)器人導(dǎo)航“機(jī)遇機(jī)遇”號(hào)火星車拍攝號(hào)火星車拍攝火星土壤的顯微照片火星土壤的顯微照片 “勇氣勇氣”號(hào)火星車號(hào)火星車發(fā)回的彩色照片發(fā)回的彩色照片美國勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測移動(dòng)機(jī)器人美國勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測移動(dòng)機(jī)器人3、生物醫(yī)學(xué)圖像分析、生物醫(yī)學(xué)圖像分析（1）醫(yī)學(xué)臨床診斷）醫(yī)學(xué)臨床診斷 ： X射線、射線、B超、超、CT、核磁共振（、核磁共振（MRI）醫(yī)學(xué)影像融合分析醫(yī)學(xué)影像融合分析 細(xì)胞個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)細(xì)胞個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì) CT圖像圖像 自動(dòng)檢測：染色體切片、癌細(xì)胞切片、超聲波圖象自動(dòng)檢測：染色體切片、癌細(xì)胞切片、超聲波圖象三維人體掃描三維人體掃描（2）生物圖像分析：形狀、組織

5、切片、染色體配對(duì)、細(xì)菌、病毒、）生物圖像分析：形狀、組織切片、染色體配對(duì)、細(xì)菌、病毒、 病原體外形尺寸檢測、顏色識(shí)別、表面損傷檢測以及組織分析病原體外形尺寸檢測、顏色識(shí)別、表面損傷檢測以及組織分析葉片細(xì)胞顯微放大圖片葉片細(xì)胞顯微放大圖片 轉(zhuǎn)基因大豆孢子轉(zhuǎn)基因大豆孢子例：水果分類；發(fā)芽土豆；雜草識(shí)別例：水果分類；發(fā)芽土豆；雜草識(shí)別 4 4、遙感圖像分析：、遙感圖像分析：衛(wèi)星遙感圖像衛(wèi)星遙感圖像 - 氣象衛(wèi)星（紅外成象氣象衛(wèi)星（紅外成象 - 云圖云圖 - 氣象狀況）氣象狀況） 資源衛(wèi)星（多光譜成象資源衛(wèi)星（多光譜成象 - 地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害）地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害） 海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達(dá)成象

6、海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達(dá)成象 - 海洋、海浪、海灘）海洋、海浪、海灘） 航空攝影圖像航空攝影圖像 - （多目成象（多目成象 - 大地測量、測繪）大地測量、測繪）交通交通 - 車輛識(shí)別、牌照識(shí)別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測車輛識(shí)別、牌照識(shí)別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測安全安全 - 指紋判別與匹配、面孔與眼底識(shí)別、安全檢查（飛機(jī)、海關(guān)）指紋判別與匹配、面孔與眼底識(shí)別、安全檢查（飛機(jī)、海關(guān)）監(jiān)視監(jiān)視 - 超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場、電梯閉路電視超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場、電梯閉路電視6、軍事與國防：軍事與國防：5、監(jiān)控、安防、交通管理：監(jiān)控、安防、交通管理：超低空雷達(dá)、超視距雷

7、達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、超低空雷達(dá)、超視距雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場遙測、夜視儀、聲納成象單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場遙測、夜視儀、聲納成象7、辦公與家電：辦公與家電：辦公設(shè)備辦公設(shè)備 - 數(shù)碼復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、繪圖儀數(shù)碼復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、繪圖儀家用電器家用電器 - 數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、可視電話、可視門鈴數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、可視電話、可視門鈴二、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成二、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成光源圖像卡場景攝像機(jī)計(jì)算機(jī)典型視覺系統(tǒng)典型視覺系統(tǒng)工作原理：工作原理： 光光 敏感元件敏感元件 電電 （光電元件）（光電元件） 光源光源光通路光通路光電元件光電元件

8、測量電路測量電路光光光光電電電電yx1x2傳感器：傳感器：單目視覺：一個(gè)攝像組件（鏡頭單目視覺：一個(gè)攝像組件（鏡頭+攝像機(jī)）攝像機(jī)）多目視覺：多個(gè)攝像組件（鏡頭多目視覺：多個(gè)攝像組件（鏡頭+ +攝像機(jī)）攝像機(jī)）圖像采集部分、圖像處理部分、通信和圖像采集部分、圖像處理部分、通信和I/O部分以及輸出和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分以及輸出和執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖像采集系統(tǒng)：可視化圖像或特征圖像采集系統(tǒng)：可視化圖像或特征數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)場景場景鏡頭鏡頭光源光源攝像機(jī)攝像機(jī)圖像存儲(chǔ)體圖像存儲(chǔ)體計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)輸出輸出鏡頭鏡頭攝像機(jī)攝像機(jī)鏡頭鏡頭攝像機(jī)攝像機(jī)控制控制電纜電纜視覺系統(tǒng)流程圖視覺系統(tǒng)流程圖圖像質(zhì)量好圖像質(zhì)量好 圖像處理簡單、結(jié)果理想

9、圖像處理簡單、結(jié)果理想圖像質(zhì)量差圖像質(zhì)量差 圖象處理麻煩、結(jié)果不理想圖象處理麻煩、結(jié)果不理想由由光源、鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡等構(gòu)成光源、鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡等構(gòu)成1、眼睛的結(jié)構(gòu)及成像、眼睛的結(jié)構(gòu)及成像人類視覺人類視覺 眼睛眼睛計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺 圖像輸入系統(tǒng)圖像輸入系統(tǒng)晶狀體晶狀體 鏡頭；視網(wǎng)膜鏡頭；視網(wǎng)膜 像敏面；像敏面；遠(yuǎn)物體遠(yuǎn)物體 晶狀體扁平晶狀體扁平 屈光能力小屈光能力小 距離大（最大距離大（最大17mm)近物體近物體 晶狀體厚晶狀體厚 屈光能力大屈光能力大 距離?。ㄗ钚【嚯x小（最小14mm)物體光譜光譜 - 紫外紫外 可見光可見光 紅外紅外2 2、電磁波譜、電磁波譜可見光譜可

10、見光譜 概述概述 光信號(hào)光信號(hào)光電傳感器光電傳感器電信號(hào)電信號(hào)概述概述指紋鎖指紋鎖指紋門禁指紋門禁光光 電電 鼠鼠 標(biāo)標(biāo)概述概述光電開關(guān)概述概述光柵光柵光纖光纖光電管光電管光敏電阻光敏電阻一、光敏式傳感器 將光量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器光電器件的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng) 1.光電效應(yīng)及光電器件 (1)外光電效應(yīng) 光線作用下，物質(zhì)內(nèi)的電子逸出物體表面而向外發(fā)射的現(xiàn)象 外光電效應(yīng)根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，一個(gè)光子的能量只能給一個(gè)電子電子從物質(zhì)表面逸出，光子能量必須大于物質(zhì)表面的逸出功 A0逸出表面的電子具有動(dòng)能 Ek： 20012kEmvhvA=-(3-42)式中： m電子質(zhì)量； v0 電子逸出時(shí)的初速度； h普朗克

11、常數(shù)，h=6.2610-34js； v 光的頻率。 光電子逸出時(shí)的初始動(dòng)能 Ek與光的頻率有關(guān) 頻率高，則動(dòng)能大逸出功因材料不同而異材料都有一個(gè)頻率限 入射光的頻率低于頻率限，不論光強(qiáng)多大，也不能激發(fā)出電子 入射光的頻率高于頻率限，光線微弱也會(huì)有光電子發(fā)射 該頻率限稱為“”20012kEmvhvA=-(3-42) 基于外光電效應(yīng)的光電發(fā)射型器件有： 光電管 光電倍增管光電管有： 真空光電管 充氣光電管在一個(gè)真空的玻璃泡內(nèi)裝有兩個(gè)電極： 光電陰極 光電陽極光電陰極通常采用逸出功小的光敏材料 如：銫（Cs）光線照射到光敏材料上便有電子逸出逸出電子被具有正電位的陽極所吸引 在光電管內(nèi)形成空間電子流

12、在外電路中產(chǎn)生電流 若外電路串入電阻電阻上的電壓降或電路中的電流大小與光強(qiáng)成函數(shù)關(guān)系 從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換 (2) 內(nèi)光電效應(yīng) 受光照的物體(通常為半導(dǎo)體材料)電導(dǎo)率發(fā)生變化 或產(chǎn)生光電動(dòng)勢的效應(yīng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)按工作原理分為兩種： 光電導(dǎo)效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) (2) 內(nèi)光電效應(yīng) 半導(dǎo)體材料受到光照會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其導(dǎo)電性能增強(qiáng)光線愈強(qiáng)，阻值愈低 光照后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有： 光敏電阻(光電導(dǎo)型) 反向工作的光敏二極管 光敏三極管(光電導(dǎo)結(jié)型) 光電導(dǎo)效應(yīng) 光敏電阻是一種電阻元件優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度高 體積小 重量輕 光譜響應(yīng)范圍寬 機(jī)械強(qiáng)度高 耐沖擊和振動(dòng)

13、 壽命長 在黑暗的環(huán)境下，阻值很高受到光照并且光輻射能量足夠大時(shí)，光導(dǎo)材料禁帶中的電子受到能量大于其禁帶寬度VEg的光子激發(fā)由價(jià)帶越過禁帶而躍遷到導(dǎo)帶，使其導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加 電阻率變小光敏電阻常用的半導(dǎo)體材料有： 硫化鎘(CdS，VEg2.4eV) 硒化鎘(CdSe，VEg1.8eV) 光敏電阻的工作原理圖(2) 內(nèi)光電效應(yīng) 光敏管工作原理與光敏電阻相似 差別在于光照在半導(dǎo)體結(jié)上光敏二極管的P-N結(jié)裝在管的頂部 上面有一個(gè)透鏡制成的窗口 以便入射光集中在P-N結(jié)上 光敏管及其符號(hào) 光敏二極管在電路中反向偏置無光照時(shí)，流過的反向電流很小 因?yàn)镻型材料中的電子和N型材料中的空穴很少光照射

14、在P-N結(jié)上時(shí) 耗盡區(qū)內(nèi)吸收光子而激發(fā)的電子-空穴對(duì)越過結(jié)區(qū)，使少數(shù)載流子濃度大增，通過P-N結(jié)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)光電流 漂過光敏二極管結(jié)區(qū)的電子-空穴對(duì)立刻被重新俘獲，故增益系數(shù)為1特點(diǎn)：體積小，頻率特性好，弱光下靈敏度低 結(jié)構(gòu)與光敏二極管相似有兩個(gè)P-N結(jié)基極大多無引出線僅有集電極和發(fā)射極兩端引線 當(dāng)集電極上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，基極-集電極的結(jié)反向偏置當(dāng)光照射在基極-集電極結(jié)上時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而形成光電流(約幾A)，輸出到三極管的基極集電極電流是光生電流的倍(是三極管的電流放大倍數(shù))光敏三極管具有放大作用優(yōu)點(diǎn)：電流靈敏度高 NPN型光敏三極管的結(jié)構(gòu)及圖示符號(hào)(2)

15、 內(nèi)光電效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) 半導(dǎo)體材料P-N結(jié)受到光照后 產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的效應(yīng)光生伏特型光電器件是自發(fā)電式的有源器件常用的光生伏特型器件： 以可見光做光源的光電池常用的光電池材料： 硒、硅、鍺 硅光電池也稱硅太陽能電池用單晶硅制成 在N型硅片上用擴(kuò)散法摻入P型雜質(zhì) 形成一個(gè)大面積的P-N結(jié) P層做得很薄 使光線能穿透到P-N結(jié)上 硅太陽能電池特點(diǎn)： 輕便 簡單 不會(huì)產(chǎn)生氣體或熱污染 易于適應(yīng)環(huán)境凡是不能鋪設(shè)電纜的地方都可采用太陽能電池尤其適用于為宇宙飛行器的各種儀表提供電源 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器 工作原理： 首先將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)變化 然后通過光電轉(zhuǎn)換元件

16、變換成電信號(hào) 可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如： 光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等 也可用于檢驗(yàn)?zāi)苻D(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如： 零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度、物體形狀、工作狀態(tài)識(shí)別等 2.光電式傳感器的形式 光電測量方法靈活多樣，可測參數(shù)眾多 優(yōu)點(diǎn)： 非接觸、高精度、高分辨率、高可靠性和響應(yīng)快 種類： 激光光源、光柵、光學(xué)碼盤、CCD器件、光導(dǎo)纖維 光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛 光電傳感器按接收狀態(tài)可分為： 模擬式光電傳感器 脈沖式光電傳感器 工作原理是基于光電元件的光電特性 光通量隨被測量而變，光電流就成為被測量的函數(shù) 故又稱為函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)型光電

17、傳感器(1)模擬式光電傳感器 被測物體位于恒定光源與光電元件之間根據(jù)被測物對(duì)光的吸收程度或?qū)ζ渥V線的選擇來測定被測參數(shù)，如： 測量液體、氣體的透明度、混濁度 對(duì)氣體進(jìn)行成分分析 測定液體中某種物質(zhì)的含量(1)模擬式光電傳感器 吸收式恒定光源發(fā)出的光投射到被測物體上被測物體把部分光通量反射到光電元件上根據(jù)反射的光通量多少測定被測物表面狀態(tài)和性質(zhì)，如： 測量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等(1)模擬式光電傳感器 反射式被測物體位于恒定光源與光電元件之間光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物遮去其一部分 使作用在光電元件上的光通量減弱 減弱的程度與被測物在光學(xué)通路中的位置有關(guān)利用原理可以測量：長度、厚度、線

18、位移、角位移、振動(dòng)等(1)模擬式光電傳感器 遮光式被測物體本身就是輻射源直接照射在光電元件上或經(jīng)過一定的光路后作用在光電元件上，如： 光電高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、紅外偵察和紅外遙感等可以用于防火報(bào)警和制成光照度計(jì)等 (1)模擬式光電傳感器 輻射式脈沖式光電傳感器的作用方式是光電元件的輸出僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài) “通”的開-關(guān)狀態(tài) 光電元件的開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)這類傳感器要求光電元件靈敏度高，光電特性的線性要求不高主要用在零件或產(chǎn)品的自動(dòng)計(jì)數(shù)、光控開關(guān)、計(jì)算機(jī)的光電輸入設(shè)備、光電編碼器及光電報(bào)警裝置等 (2)脈沖式光電傳感器 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光在光線作用下，

19、物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。光電池光電池外形外形光敏面光敏面能提供較大電流的大能提供較大電流的大面積光電池面積光電池外形外形光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用光電池在動(dòng)力方面的應(yīng)用太陽能賽車太陽能賽車太陽能電動(dòng)機(jī)模型太陽能電動(dòng)機(jī)模型太陽能太陽能 硅光電池板硅光電池板光電池的光電特性光電池的光電特性 一個(gè)典型的一個(gè)典型的硅光電池的光電特性硅光電池的光電特性 1 1開路電壓曲線開路電壓曲線 2 2短路電流曲線短路電流曲線 開路電壓為開路電壓為 對(duì)數(shù)特性對(duì)數(shù)特性短路電流為短路電流為 線性特性線性特性 8.2

20、.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻 光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng) 結(jié)構(gòu)：在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)，結(jié)構(gòu)：在玻璃底版上涂一層對(duì)光敏感的半導(dǎo)體物質(zhì)， 兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。兩端有梳狀金屬電極，然后在半導(dǎo)體上覆蓋一層漆膜。 光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號(hào)光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號(hào) 光敏電阻演示光敏電阻演示 當(dāng)光敏電阻受當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，到光照時(shí)，光生光生電子電子空穴對(duì)增空穴對(duì)增加，加，阻值減小，阻值減小，電流增大。電流增大。暗電流（越小越好）暗電流（越小越好）8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2

21、2）光敏電阻）光敏電阻（2）光敏電阻）光敏電阻原理：電阻器件，加直流偏壓，無極性 無光照-電子-空穴對(duì)很少-電阻大(暗電阻) 有光照-電子-空穴對(duì)增多-導(dǎo)電性增強(qiáng) 特點(diǎn)：靈敏度高，體積小，重量輕，性能穩(wěn)定 批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜 應(yīng)用：工業(yè)自動(dòng)化-開關(guān)元件，快速響應(yīng) 家電-(感應(yīng)式節(jié)能燈：判斷照度)特性：光照特性為非線性，光譜特性存在單峰，動(dòng)態(tài)特性好 光照特性結(jié)構(gòu)：金屬封裝-防潮光譜特性動(dòng)態(tài)特性光敏電阻光照特性光敏電阻光照特性 無無光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值；光照時(shí)，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值； 有光照時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低；有光照時(shí)，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低； 光照

22、停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。光照停止時(shí)，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （3 3）光敏電阻）光敏電阻光敏電阻主要參數(shù)光敏電阻主要參數(shù) 暗電阻暗電阻 無光照時(shí)的電阻；無光照時(shí)的電阻； 暗電流暗電流 無光照時(shí)的電流；無光照時(shí)的電流； 亮電阻、亮電流亮電阻、亮電流 受光照時(shí)的阻值、電流；受光照時(shí)的阻值、電流； 光電流光電流 亮電流與暗電流之差稱亮電流亮電流與暗電流之差稱亮電流 。 伏安特性伏安特性 給定偏壓給定偏壓 光照越大光電流越大；光照越大光電流越大； 給定光照度給定光照度 電壓越大光電流越大；電壓越大光電流越大； 光敏電阻的伏安特性光

23、敏電阻的伏安特性 曲線不彎曲、無飽和，曲線不彎曲、無飽和， 但受最大功耗限制。但受最大功耗限制。 光照度光照度 Lx = lm Lx = lm （流明）（流明）/s /s 單位面積的光通量單位面積的光通量 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻 基本特性基本特性光敏電阻伏安特性光敏電阻伏安特性 光譜特性光譜特性 光敏電阻靈敏度與入射波長有關(guān)光敏電阻靈敏度與入射波長有關(guān); ; 光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)，光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)， 材料與相對(duì)靈敏度峰位波長材料與相對(duì)靈敏度峰位波長 例圖：例圖： 硫化鎘（硫化鎘（CdSCdS）0.30.30.8

24、(m) 0.8(m) 硫化鉛（硫化鉛（PbSPbS）1.01.03.5(m) 3.5(m) 硫化鉈（硫化鉈（TlSTlS）1.01.07.3(m) 7.3(m) 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻 基本特性基本特性光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性 溫度特性溫度特性 溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電電電流和光譜響應(yīng)。電流和光譜響應(yīng)。 溫度溫度T ，波長波長變短。變短。 光敏電阻溫度特性光敏電阻溫度特性8.2.2 8.2.2 光器件光器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻 基本特性基本特性光敏電阻開關(guān)電路光敏電阻開關(guān)電路, ,有

25、光照時(shí)，光敏電阻有光照時(shí)，光敏電阻RgRg下降下降8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻應(yīng)用應(yīng)用Rg光敏電阻在聲、光控開關(guān)中的應(yīng)用光敏電阻在聲、光控開關(guān)中的應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 （2 2）光敏電阻）光敏電阻白天白天，Rg小小 VT2導(dǎo)通導(dǎo)通VT3截止，截止， VT4導(dǎo)通，晶閘管導(dǎo)通，晶閘管VS截止，截止，H滅；滅； 晚上，晚上，Rg大，大， VT2截止，截止，VT3由由VT1控制，待機(jī)，控制，待機(jī)，VT2失去對(duì)失去對(duì)VT3控控制壓電陶瓷片制壓電陶瓷片B接接收聲音觸發(fā)信號(hào)，收聲音觸發(fā)信號(hào)，VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT4截截止，晶閘管止，晶

26、閘管VS導(dǎo)導(dǎo)通，通，H點(diǎn)亮；點(diǎn)亮； 同時(shí)同時(shí)D整流壓降突然下整流壓降突然下降降VT3保持低電壓，保持低電壓，保持保持VS通，通， H亮亮后，后，C3經(jīng)電阻緩經(jīng)電阻緩慢放電，直到不再慢放電，直到不再維持維持VT4截止。截止。HB 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 光敏晶體管工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。光敏晶體管工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)。 特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、頻率響應(yīng)好、靈敏度高、可靠性高; ; 廣泛應(yīng)用于可見光和遠(yuǎn)紅外探測，以及自動(dòng)控制、自動(dòng)廣泛應(yīng)用于可見光和遠(yuǎn)紅外探測，以及

27、自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。報(bào)警、自動(dòng)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域和裝置。 電梯平層用光電開關(guān)電梯平層用光電開關(guān)光電開關(guān)器件光電開關(guān)器件光敏二極管光敏二極管 將光敏二極管的將光敏二極管的PN PN 結(jié)結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，光照射到光敏二極管的方，光照射到光敏二極管的PNPN結(jié)時(shí)，電子結(jié)時(shí)，電子- -空穴對(duì)數(shù)量增空穴對(duì)數(shù)量增加，光電流與照度成正比。加，光電流與照度成正比。 光敏二極管外形光敏二極管外形 光敏二極管陣列光敏二極管陣列 包含包含10241024個(gè)元件的線性光個(gè)元件的線性光電二極管陣列，可用于分光鏡。電二極管陣列，可用于分光鏡。紅外發(fā)射、接收對(duì)管外形紅外發(fā)射

28、、接收對(duì)管外形 紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管紅外接收管紅外接收管光敏二極管光敏二極管（光電二極管, PD: Photo-Diode） 原理： 半導(dǎo)體PN結(jié)- 無光時(shí)-高阻特性，微弱電流暗電流，A； 光照時(shí)-電子N,空穴P 光電流 光照愈強(qiáng) - 光電流愈大PN光照特性光敏三極管光敏三極管（光電三極管, PT: Photo-Triode） 原理：光敏二極管（bc結(jié)）+ 三極管應(yīng)用：線性轉(zhuǎn)換元件，開關(guān)元件， 特點(diǎn)：靈敏度高于光敏二極管，特性：光照特性-靈敏度和線性好，光譜特性-單峰性光譜特性 光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它們都有一光敏二極管結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它們都有一個(gè)個(gè)P PN N結(jié)，并且都是單向

29、導(dǎo)電的非線性元件。為了提結(jié)，并且都是單向?qū)щ姷姆蔷€性元件。為了提高轉(zhuǎn)換效率大面積受光，高轉(zhuǎn)換效率大面積受光，PNPN結(jié)面積比一般二極管大。結(jié)面積比一般二極管大。硅光敏二極管結(jié)構(gòu)硅光敏二極管結(jié)構(gòu) 注：注：發(fā)光二極管與光敏二極管不同，發(fā)光二極管與光敏二極管不同，發(fā)光二極管利用固體材料發(fā)光（電發(fā)光二極管利用固體材料發(fā)光（電致發(fā)光），材料不同發(fā)光顏色不同，致發(fā)光），材料不同發(fā)光顏色不同，是一種將電能是一種將電能 光能的器件，加光能的器件，加正向電壓時(shí)，在正向電壓時(shí)，在N-PN-P的電子、空穴的電子、空穴結(jié)合過程中發(fā)射一定頻率的光信號(hào)。結(jié)合過程中發(fā)射一定頻率的光信號(hào)。 工作時(shí)加正向電壓工作時(shí)加正向電壓。

30、 光敏二極管光敏二極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管+ +- - -+ + -+ -工作原理：工作原理： 光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)，光敏二極管在電路中一般處于反向偏置狀態(tài)， 無光照時(shí)，反向電阻很大，無光照時(shí)，反向電阻很大， 反向電流很??；反向電流很??； 有光照時(shí)，有光照時(shí)，PNPN結(jié)處產(chǎn)生光生結(jié)處產(chǎn)生光生 電子空穴對(duì)；電子空穴對(duì)； 在電場作用下形成光電流，在電場作用下形成光電流， 光照越強(qiáng)光電流越大；光照越強(qiáng)光電流越大； 光電流方向與反向電流一致。光電流方向與反向電流一致。 光敏二極管基本電路光敏二極管基本電

31、路 光敏二極管光敏二極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管R RE EDgDgI Iv 基本特性：基本特性： 光照特性光照特性 圖是硅光敏二極管在小負(fù)載電阻下的圖是硅光敏二極管在小負(fù)載電阻下的光照特性。光電流與照度成線性關(guān)系。光照特性。光電流與照度成線性關(guān)系。 光譜特性，光譜特性， 當(dāng)入射波長當(dāng)入射波長0.9m0.9m時(shí)響應(yīng)下降，時(shí)響應(yīng)下降， 因波長長光子能量小于禁帶寬度，因波長長光子能量小于禁帶寬度， 不產(chǎn)生電子、空穴對(duì)；不產(chǎn)生電子、空穴對(duì)； 當(dāng)入射波長當(dāng)入射波長0.9m0.9m時(shí)，響應(yīng)也逐時(shí)，響應(yīng)也逐 漸下降，波長短的光穿

32、透深度小，漸下降，波長短的光穿透深度小， 使光電流減小。使光電流減小。8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 光敏二極管光敏二極管 伏安特性伏安特性 當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流當(dāng)反向偏壓較低時(shí)，光電流隨電壓變化比較敏感，隨反隨電壓變化比較敏感，隨反向偏壓的加大，反向電流趨向偏壓的加大，反向電流趨于飽和，這時(shí)光生電流與所于飽和，這時(shí)光生電流與所加偏壓幾乎無關(guān)，只取決于加偏壓幾乎無關(guān)，只取決于光照強(qiáng)度。光照強(qiáng)度。 溫度特性，溫度特性， 由于反向飽和電流與溫度密由于反向飽和電流與溫度密切有關(guān)，因此光敏二極管的切有關(guān)，因此光敏二極管的暗電流

33、對(duì)溫度變化很敏感。暗電流對(duì)溫度變化很敏感。 光敏二極管光敏二極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng): : 光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏光敏管的頻率響應(yīng)是指光敏管輸出的光電流隨頻率的變化關(guān)管輸出的光電流隨頻率的變化關(guān)系。光敏管的頻響與本身的物理系。光敏管的頻響與本身的物理結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、負(fù)載以及入射光波長等因素有關(guān)。光波長等因素有關(guān)。 圖中圖中光敏二極管頻率響應(yīng)曲線說明，光敏二極管頻率響應(yīng)曲線說明，調(diào)制頻率高于調(diào)制頻率高于1000Hz1000Hz時(shí)，硅光敏時(shí)，硅光敏晶體管靈敏度急劇下降。

34、晶體管靈敏度急劇下降。光敏二極管頻率響應(yīng)曲線 光敏二極管光敏二極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 與普通晶體管不同的是，光敏與普通晶體管不同的是，光敏晶體管是將基極晶體管是將基極集電極結(jié)作為光集電極結(jié)作為光敏二極管，集電結(jié)做受光結(jié)，另外敏二極管，集電結(jié)做受光結(jié)，另外發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光發(fā)射極的尺寸做的很大，以擴(kuò)大光照面積。照面積。 大多數(shù)光敏晶體管的基大多數(shù)光敏晶體管的基極無引線，無論極無引線，無論NPNNPN、PNPPNP一般集電一般集電結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，結(jié)加反偏。玻璃封裝上有個(gè)小孔，讓光照射到基區(qū)

35、。讓光照射到基區(qū)。 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管 光敏三極管光敏三極管光敏晶極管結(jié)構(gòu)光敏晶極管結(jié)構(gòu) NNPc cb be e硅（硅（SiSi）光敏晶體極管一般都是）光敏晶體極管一般都是NPNNPN結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，光照射在集電結(jié)的基區(qū)，產(chǎn)生電子、空穴，光照射在集電結(jié)的基區(qū)，產(chǎn)生電子、空穴，光生電子被拉向集電極，基區(qū)留下正電荷光生電子被拉向集電極，基區(qū)留下正電荷（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高，（空穴），使基極與發(fā)射極之間的電壓升高，這樣，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電這樣，發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，形成三極管

36、輸出電流，使晶體管具有電極，形成三極管輸出電流，使晶體管具有電流增益。流增益。 0gLVi R晶體管電流放大系數(shù)晶體管電流放大系數(shù) 光敏三極管光敏三極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻RLRL上的上的輸出電壓為：輸出電壓為： NNPc cb be e+ +- -所以光敏晶體管對(duì)光信號(hào)具有放大作用所以光敏晶體管對(duì)光信號(hào)具有放大作用 光敏三極管光敏三極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管光敏晶體管伏安特性曲線光敏晶體管伏安特性曲線光敏晶體管等

37、效電路光敏晶體管等效電路 光敏晶體管的光譜特性光敏晶體管的光譜特性 硅材料的光敏管峰值波長在硅材料的光敏管峰值波長在0.9m0.9m附近（可見光）附近（可見光） 靈敏度最大；靈敏度最大； 探測可見光或赤熱狀探測可見光或赤熱狀 物體時(shí)波長短物體時(shí)波長短0.9m 0.9m 一般都用硅管；一般都用硅管； 鍺管的峰值波長約為鍺管的峰值波長約為 1.5m1.5m（紅外光）（紅外光） 對(duì)紅外進(jìn)行探測時(shí)用對(duì)紅外進(jìn)行探測時(shí)用 鍺管較適宜。鍺管較適宜。 P134P134基本參數(shù)基本參數(shù) 光敏晶體管光譜特性 光敏三極管光敏三極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二

38、極管和光敏三極管 光敏晶體管的光譜特性光敏晶體管的光譜特性 硅材料的光敏管峰值波長在硅材料的光敏管峰值波長在0.9m0.9m附近（可見光）附近（可見光） 靈敏度最大；靈敏度最大； 探測可見光或赤熱狀探測可見光或赤熱狀 物體時(shí)波長短物體時(shí)波長短0.9m 0.9m 一般都用硅管；一般都用硅管； 鍺管的峰值波長約為鍺管的峰值波長約為 1.5m1.5m（紅外光）（紅外光） 對(duì)紅外進(jìn)行探測時(shí)用對(duì)紅外進(jìn)行探測時(shí)用 鍺管較適宜。鍺管較適宜。 P134P134基本參數(shù)基本參數(shù) 光敏晶體管光譜特性 光敏三極管光敏三極管8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (3) (3) 光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光

39、敏三極管光敏二極管光敏二極管（光電二極管, PD: Photo-Diode） 原理： 半導(dǎo)體PN結(jié)- 無光時(shí)-高阻特性，微弱電流暗電流，A； 光照時(shí)-電子N,空穴P 光電流 光照愈強(qiáng) - 光電流愈大PN光照特性光敏三極管光敏三極管（光電三極管, PT: Photo-Triode） 原理：光敏二極管（bc結(jié)）+ 三極管應(yīng)用：線性轉(zhuǎn)換元件，開關(guān)元件， 特點(diǎn)：靈敏度高于光敏二極管，特性：光照特性-靈敏度和線性好，光譜特性-單峰性光譜特性 光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)，可以直接將光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)，可以直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。有光線作用時(shí)就是電源，太陽能光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。

40、有光線作用時(shí)就是電源，太陽能電池，所以廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測和自動(dòng)控電池，所以廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測和自動(dòng)控制等。制等。 光電池種類很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光光電池種類很多，有硒光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵、氧化銅等等。硒、硅光電池轉(zhuǎn)換效率高、電池、砷化鎵、氧化銅等等。硒、硅光電池轉(zhuǎn)換效率高、價(jià)廉；砷化鎵材料的光譜響應(yīng)與太陽光譜吻合、耐高溫和價(jià)廉；砷化鎵材料的光譜響應(yīng)與太陽光譜吻合、耐高溫和宇宙射線。宇宙射線。 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5)(5)光電池（有源器件）光電池（有源器件） 光光 電電 池池 符符 號(hào)號(hào)太陽能手機(jī)充電器太陽能手機(jī)充電器

41、太陽能供 LED電警示太陽能電池8.2.2 8.2.2 光電器光電器件件 (5) (5) 光電池光電池 結(jié)構(gòu)：光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積結(jié)構(gòu)：光電池實(shí)質(zhì)是一個(gè)大面積PNPN結(jié)，上電極為柵狀結(jié)，上電極為柵狀受光電極，下面有一抗反射膜，下電極是一層襯底鋁，。受光電極，下面有一抗反射膜，下電極是一層襯底鋁，。 原理：當(dāng)光照射原理：當(dāng)光照射PNPN結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子結(jié)的一個(gè)面時(shí)，電子空穴對(duì)迅速擴(kuò)空穴對(duì)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢。散，在結(jié)電場作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢。一般可產(chǎn)生一般可產(chǎn)生0.2V0.2V0.6V0.6V電壓電壓50mA50mA電流。電流。 光電池結(jié)構(gòu)光

42、電池結(jié)構(gòu) 光電池工作原理圖光電池工作原理圖 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5) (5) 光電池光電池光電池符號(hào)光電池符號(hào) 光照特性光照特性 開路電壓開路電壓光生電動(dòng)勢與照度之間光生電動(dòng)勢與照度之間關(guān)系；開路電壓與光照度關(guān)系是非關(guān)系；開路電壓與光照度關(guān)系是非線性關(guān)系，開路電壓在照度線性關(guān)系，開路電壓在照度2000lx2000lx趨于飽和，非線性。趨于飽和，非線性。 短路電流短路電流光電流與照度之間關(guān)系光電流與照度之間關(guān)系稱短路電流曲線，短路電流是指外稱短路電流曲線，短路電流是指外接負(fù)載相對(duì)內(nèi)阻很小時(shí)的光電流。接負(fù)載相對(duì)內(nèi)阻很小時(shí)的光電流。 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，RLRL小線性范圍好，

43、具體小線性范圍好，具體根據(jù)光照大小而定，通常根據(jù)光照大小而定，通常RL100 RL100 作控制元件時(shí)當(dāng)電流源使用。作控制元件時(shí)當(dāng)電流源使用。光電池光照與負(fù)載的關(guān)系光電池光照與負(fù)載的關(guān)系 光電池光照特性光電池光照特性 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5) (5) 光電池光電池RLRL光譜特性光譜特性 光電池對(duì)不同波長的光靈敏度不同，光電池對(duì)不同波長的光靈敏度不同， 硅光電池的光譜響應(yīng)峰值在硅光電池的光譜響應(yīng)峰值在0.8m0.8m附近，波長范圍附近，波長范圍0.40.41.2m1.2m。硅光電池可在很寬的波長范圍應(yīng)用。硅光電池可在很寬的波長范圍應(yīng)用。 硒光電池光譜響應(yīng)峰值在硒光電池光

44、譜響應(yīng)峰值在0.5m0.5m附近附近, , 波長范圍波長范圍0.380.380.75m0.75m。8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5) (5) 光電池光電池頻率特性頻率特性 頻率特性指光電池相對(duì)輸出電流與光的調(diào)制頻率之間關(guān)系。頻率特性指光電池相對(duì)輸出電流與光的調(diào)制頻率之間關(guān)系。 硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池頻率響應(yīng)較好硒光硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池頻率響應(yīng)較好硒光電池較差。電池較差。 所以高速計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換一般采用硅光電池作為傳感器元件。所以高速計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)換一般采用硅光電池作為傳感器元件。 硅、硒光電池的頻率特性硅、硒光電池的頻率特性 溫度特性溫度特性 特性參數(shù)特性

45、參數(shù) P137 P137 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5) (5) 光電池光電池硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.6V0.6V0.7V0.7V，光電池的，光電池的0.5V 0.5V 電壓起不到控制作用，可將兩個(gè)光電池串聯(lián)后接入基極，電壓起不到控制作用，可將兩個(gè)光電池串聯(lián)后接入基極， 或用偏壓電阻、二極管產(chǎn)生附加電壓。有光照度變化時(shí)，或用偏壓電阻、二極管產(chǎn)生附加電壓。有光照度變化時(shí)， 引起基極電流引起基極電流IbIb變化，集電極電流發(fā)生變化，集電極電流發(fā)生倍的變化。電倍的變化。電 流流IcIc與光照近似線性關(guān)系。與光照近似線性關(guān)系。 （應(yīng)用（應(yīng)用P145P145）v

46、光電池電路連接光電池電路連接 光電池作為電源使用時(shí)的不同連接。光電池作為電源使用時(shí)的不同連接。需要高電壓時(shí)應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要高電壓時(shí)應(yīng)將光電池串聯(lián)使用； 需要大電流時(shí)應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。需要大電流時(shí)應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。光電池電路連接光電池電路連接 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (5) (5) 光電池光電池 光電池作為控制元件時(shí)作為電流源的形式應(yīng)用，通常光電池作為控制元件時(shí)作為電流源的形式應(yīng)用，通常接非線性負(fù)載，如接在基極控制晶體管工作。接非線性負(fù)載，如接在基極控制晶體管工作。 PINPIN型硅光電二極管，高速光電二極管，型硅光電二極管，高速光電二極管，響應(yīng)時(shí)間達(dá)響應(yīng)時(shí)間達(dá)1n

47、S1nS，適用于遙控裝置。，適用于遙控裝置。 雪崩式光電二極管，具有高速響應(yīng)和放雪崩式光電二極管，具有高速響應(yīng)和放大功能，高電流增益，可有效讀取微弱大功能，高電流增益，可有效讀取微弱光線，用于光線，用于0.8m0.8m范圍的光纖通信、光范圍的光纖通信、光磁盤受光元件裝置。磁盤受光元件裝置。 光電閘流晶體管（光激可控硅），由入光電閘流晶體管（光激可控硅），由入射光線觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅元件。射光線觸發(fā)導(dǎo)通的可控硅元件。 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件(6) (6) 其他光電管其他光電管 達(dá)林頓光電三極管（光電復(fù)合晶體管），達(dá)林頓光電三極管（光電復(fù)合晶體管），輸入是光電三極管，輸出是普通晶體

48、管，輸入是光電三極管，輸出是普通晶體管，增益大，增益大，I=II=Ig gI I1 1I I2 2 作驅(qū)動(dòng)。作驅(qū)動(dòng)。 光敏場效應(yīng)晶體管，具有靈敏度高、線性光敏場效應(yīng)晶體管，具有靈敏度高、線性動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、輸出阻抗動(dòng)態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、輸出阻抗低、低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于對(duì)微弱信號(hào)體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于對(duì)微弱信號(hào)和紫外光的檢測。和紫外光的檢測。 半導(dǎo)體色敏傳感器，可直接測量從可見光半導(dǎo)體色敏傳感器，可直接測量從可見光到紅外波段的單色輻射波長。到紅外波段的單色輻射波長。 復(fù)復(fù) 合合 管管I1I1I2I2I I+ +8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他

49、光電管其他光電管 光電耦合器件光電耦合器件 又稱光電隔離器（器件的光信號(hào)封閉）又稱光電隔離器（器件的光信號(hào)封閉）“光耦光耦”器件由發(fā)光元件和接收光敏元件（光敏電器件由發(fā)光元件和接收光敏元件（光敏電阻、光敏二極管、晶體管等）集成在一起，發(fā)光管阻、光敏二極管、晶體管等）集成在一起，發(fā)光管輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控輻射可見光或紅外光，受光器件在光輻射作用下控制輸出電流大小。通過電制輸出電流大小。通過電光、光光、光電，兩次電，兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。轉(zhuǎn)換進(jìn)行輸入輸出耦合。 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他光電管其他光電管 光電耦合器件光電耦合器件 “光

50、耦光耦”集成器件的特點(diǎn)：集成器件的特點(diǎn)： 輸入輸出完全隔離，有輸入輸出完全隔離，有獨(dú)立的輸入輸出抗，絕緣電獨(dú)立的輸入輸出抗，絕緣電阻在阻在1 1萬兆以上。器件有很強(qiáng)萬兆以上。器件有很強(qiáng)的抗干擾能力和隔離性能，的抗干擾能力和隔離性能，可避免振動(dòng)、噪聲干擾。特可避免振動(dòng)、噪聲干擾。特別適宜工業(yè)現(xiàn)場做數(shù)字電路別適宜工業(yè)現(xiàn)場做數(shù)字電路開關(guān)信號(hào)傳輸、邏輯電路隔開關(guān)信號(hào)傳輸、邏輯電路隔離器、計(jì)算機(jī)測量、控制系離器、計(jì)算機(jī)測量、控制系統(tǒng)中做無觸點(diǎn)開關(guān)等。統(tǒng)中做無觸點(diǎn)開關(guān)等。8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他光電管其他光電管光電耦合器用于光電耦合器用于天然氣高壓點(diǎn)火器確認(rèn)電路天然氣

51、高壓點(diǎn)火器確認(rèn)電路P1458.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他光電管其他光電管 透射式，當(dāng)不透明物質(zhì)位于中透射式，當(dāng)不透明物質(zhì)位于中間時(shí)會(huì)阻斷光路，接受器產(chǎn)生間時(shí)會(huì)阻斷光路，接受器產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。相應(yīng)的電信號(hào)。 反射式，光電開關(guān)的發(fā)射與接反射式，光電開關(guān)的發(fā)射與接受器件光軸在同一平面上，以受器件光軸在同一平面上，以某一角度相交，交點(diǎn)處為待測某一角度相交，交點(diǎn)處為待測點(diǎn)，當(dāng)有物體經(jīng)過待測點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)，當(dāng)有物體經(jīng)過待測點(diǎn)時(shí)，接受元件接收到物體表面反射接受元件接收到物體表面反射的光線。的光線。光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形 P139P139 光電開關(guān)光電開關(guān) （由外部光

52、信號(hào)控制由外部光信號(hào)控制） 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他光電管其他光電管器件由發(fā)光元件和接收光敏元件組成器件由發(fā)光元件和接收光敏元件組成光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形光電開關(guān)結(jié)構(gòu)與外形 P139P139 光電開關(guān)光電開關(guān) 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (6) (6) 其他光電管其他光電管光電開關(guān)基本電路光電開關(guān)基本電路R RR R+V+VCCCC 8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (7) (7) 光電器件的測量方法光電器件的測量方法 透射式透射式反射式反射式8.2.2 8.2.2 光電器件光電器件 (7) (7) 光電器件的測量方法光電器件的測量方法

53、8.2.3 光電傳感器的應(yīng)用光電傳感器的應(yīng)用 、光源本身是被測物的應(yīng)用實(shí)、光源本身是被測物的應(yīng)用實(shí)例例 光的照度光的照度E的單位是的單位是lx（勒勒克斯），它是?？怂梗?，它是常用的光度學(xué)單位用的光度學(xué)單位之一，它表示受之一，它表示受照物體被照亮程照物體被照亮程度的物理量，可度的物理量，可以用照度計(jì)來測以用照度計(jì)來測量。量。 光電池光電池（外加柔（外加柔光罩）光罩）1.1.紅外線輻射溫度計(jì)：紅外線輻射溫度計(jì)： 紅外輻射溫度計(jì)既可用于高溫紅外輻射溫度計(jì)既可用于高溫測量，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測量，測量，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測量，所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢。市售所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢。市售的紅

54、外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從的紅外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從-30-3030003000，中間分成若干個(gè)不同，中間分成若干個(gè)不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。紅外線輻射溫度計(jì)外形紅外線輻射溫度計(jì)外形 激光僅激光僅 用于瞄準(zhǔn)用于瞄準(zhǔn)紅外線輻射溫度計(jì)外形紅外線輻射溫度計(jì)外形 紅外線輻射溫度紅外線輻射溫度計(jì)計(jì)用于食品溫度用于食品溫度測量測量紅外線輻射溫度計(jì)紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸體溫測量中的應(yīng)用在非接觸體溫測量中的應(yīng)用耳溫儀耳溫儀紅外線輻射溫度計(jì)用于人體額溫測量紅外線輻射溫度計(jì)用于人體額溫測量 紅外線輻射溫度計(jì)在非接紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測量中的應(yīng)用觸溫度

55、測量中的應(yīng)用集成集成IC 溫度測量溫度測量 紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測量紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測量中的應(yīng)用（續(xù)）中的應(yīng)用（續(xù)）利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測物（冷藏牛奶和面食）物（冷藏牛奶和面食）紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測量中的應(yīng)用紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測量中的應(yīng)用（續(xù)）（續(xù)）利用紅色激光瞄準(zhǔn)被利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測物（電控柜、天花測物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）板內(nèi)的布線層）溫度溫度 采集系統(tǒng)采集系統(tǒng)比色式溫度傳感器溫度非接觸比色式溫度傳感器溫度非接觸測量中的應(yīng)用測量中的應(yīng)用 比色式溫度傳感器采用比色式比色式溫度傳感器采用比色式（雙波段）測溫原理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測目標(biāo)（雙

56、波段）測溫原理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測目標(biāo)的非接觸測溫，用戶不需知道物質(zhì)的的非接觸測溫，用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn)準(zhǔn) , ,測量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，測量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)充滿，不需調(diào)焦就可以不完全被目標(biāo)充滿，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測量。可準(zhǔn)確測量。 比色溫度計(jì)比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中使用，如 : :煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場。場。2.2.熱

57、釋電傳感器在人體檢測、報(bào)警中的應(yīng)用熱釋電傳感器在人體檢測、報(bào)警中的應(yīng)用 熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣熱釋電元件在紅外線檢測中得到廣泛的應(yīng)用。它可用于能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射泛的應(yīng)用。它可用于能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動(dòng)的人體檢測，如防盜門、賓館大廳自動(dòng)門、自動(dòng)燈的控制等。門、自動(dòng)燈的控制等。 熱釋電元件外形熱釋電元件外形 熱釋電傳感器簡介熱釋電傳感器簡介 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動(dòng)物發(fā)射熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，有人年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重提出過利

58、用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和視，直到六十年代才又興起了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器。除了在樓道自動(dòng)譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器。除了在樓道自動(dòng)開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。比如：在房間無人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水用。比如：在房間無人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)；電視機(jī)能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動(dòng)關(guān)機(jī)；電視機(jī)能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動(dòng)關(guān)機(jī)的電路；

59、開啟監(jiān)視器或自動(dòng)門鈴上的應(yīng)用；攝影機(jī)機(jī)的電路；開啟監(jiān)視器或自動(dòng)門鈴上的應(yīng)用；攝影機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng)等等或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng)等等 您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其他電路開您可以根據(jù)自己的奇思妙想，結(jié)合其他電路開發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品?；蜃詣?dòng)化控制裝置。發(fā)出更加優(yōu)秀的新產(chǎn)品?；蜃詣?dòng)化控制裝置。熱釋電傳感器的內(nèi)部電路熱釋電傳感器的內(nèi)部電路兩塊反向兩塊反向串聯(lián)的熱串聯(lián)的熱釋電晶片釋電晶片場效應(yīng)管場效應(yīng)管熱釋電傳感器工作原理熱釋電傳感器工作原理 熱釋電晶片表面必須罩上一塊由熱釋電晶片表面必須罩上一塊由一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透一組平行的棱柱型透鏡所組成菲涅爾透鏡，每

60、一透鏡單元都只有一個(gè)不大的視鏡，每一透鏡單元都只有一個(gè)不大的視場角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中場角，當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入第一、第二單元透運(yùn)動(dòng)時(shí)，順次地進(jìn)入第一、第二單元透鏡的視場，晶片上的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱鏡的視場，晶片上的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(hào)。當(dāng)釋電單元將輸出一串交變脈沖信號(hào)。當(dāng)然，如果人體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元然，如果人體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元件前面，它是件前面，它是“視而不見視而不見”的。的。 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡菲涅爾透菲涅爾透鏡鏡熱釋電晶片熱釋電晶片菲涅爾透鏡外形菲涅爾透鏡外形 傳感器不加菲涅爾傳感器不加菲涅爾透鏡時(shí)，其檢測距離透鏡