-光電式傳感器原理課件

1、項目五位置與轉速測量 任務二 光電式傳感器及應用項目五位置與轉速測量 任務光電效應及分類 1.外光電效應 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應。當物體在光線照射作用下，一個電子吸收了一個光子的能量后，其中的一部分能量消耗于電子由物體內逸出表面時所作的逸出功，另一部分則轉化為逸出電子的動能。 光電效應及分類 2.內光電效應在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內光電效應。用光照射半導體時，若光子能量大于半導體材料的禁帶寬度Eg，則禁帶中的電子吸收一個光子就足以躍遷到導帶，使被激發(fā)出來的電子成為一個自由電子，同時也產(chǎn)生一個空穴，從而增強了材料的導電性能，使材料的電阻值降低。 2

2、.內光電效應在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內光3.光生伏特效應 勢壘光電效應（結光電效應） 以PN結為例，當光照射PN結時，若光子能量大于半導體材料的禁帶寬度Eg，則使價帶的電子躍遷到導帶，產(chǎn)生自由電子空穴對。在PN結阻擋層內電場的作用下，被激發(fā)的電子移向N區(qū)的外側，被激發(fā)的空穴移向P區(qū)的外側，從而使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，形成光電動勢。側向光電效應 當半導體光電器件受光照不均勻時，有載流子濃度梯度將會產(chǎn)生側向光電效應。當光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對時，光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大，就出現(xiàn)了載流子濃度梯度，因而載流子就要擴散。如果電子遷移率比空穴大，那

3、么空穴的擴散不明顯，則電子向未被光照部分擴散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分帶負電，光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動勢?；诠馍匦墓怆娫泄怆姵?、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。3.光生伏特效應 勢壘光電效應（結光電效應） 以PN結為光電管及基本測量電路1.結構與工作原理光電管及基本測量電路1.結構與工作原理2.光電管特性 光電特性2.光電管特性 光電特性 伏安特性 伏安特性 光譜特性 光譜特性光電倍增管及基本測量電路1.結構與工作原理光電倍增管及基本測量電路1.結構與工作原理2.光電倍增管的主要參數(shù)和特性光電倍增管的倍增系數(shù)M與工作電壓的關系2.光電倍增管的主要參數(shù)

4、和特性光電倍增管的倍增系數(shù)M與工作光電倍增管的伏安特性光電倍增管的伏安特性光電倍增管的光電特性光電倍增管的光電特性光敏電阻及基本測量電路1.光敏電阻的工作原理和結構光敏電阻及基本測量電路1.光敏電阻的工作原理和結構2.光敏電阻的基本特性和主要參數(shù) 暗電阻和暗電流 置于室溫、全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，此時流過電阻的電流稱為暗電流。這些是光敏電阻的重要特性指標。 亮電阻和亮電流 置于室溫、在一定光照條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻，此時流過電阻的電流稱為亮電流。伏安特性 伏安特性光照度不變時，光敏電阻兩端所加電壓與流過電阻的光電流關系稱為光敏電阻的伏安特性。如圖6-12所示。從圖中可知

5、，伏安特性近似直線，但使用時應限制光敏電阻兩端的電壓，以免超過虛線所示的功耗區(qū)。因為光敏電阻都有最大額定功率、最高工作電壓和最大額定電流，超過額定值可能導致光敏電阻的永久性損壞。 光電特性 在光敏電阻兩極間電壓固定不變時，光照度與亮電流間的關系稱為光電特性，如圖 6-13所示。光敏電阻的光電特性呈非線性，這是光敏電阻的主要缺點之一。2.光敏電阻的基本特性和主要參數(shù) 暗電阻和暗電流 圖6-12 光敏電阻的伏安特性 圖6-13 硒光敏電阻的光電特性 圖6-14 光敏電阻的光譜特性圖6-12 光敏電阻的伏安特性 圖6-13 硒光敏電阻的 光譜特性如圖6-14所示，光敏電阻對不同波長的入射光，其對應光

6、譜靈敏度不相同，而且各種光敏電阻的光譜響應峰值波長也不相同，所以在選用光敏電阻時，把元件和入射光的光譜特性結合起來考慮，才能得到比較滿意的效果。 響應時間 光敏電阻受光照后,光電流并不立刻升到最大值，而要經(jīng)歷一段時間（上升時間）才能達到最大值。同樣，光照停止后，光電流也需要經(jīng)過一段時間（下降時間）才能恢復到其暗電流值，這段時間稱為響應時間。光敏電阻的上升響應時間和下降響應時間約為（10-110-3）s，故光敏電阻不能適用于要求快速響應的場合。 溫度特性 光敏電阻和其他半導體器件一樣，受溫度影響較大。 光譜特性光敏晶體管及基本測量電路1.光敏晶體管結構與工作原理光敏二極管光敏晶體管及基本測量電路

7、1.光敏晶體管結構與工作原理 光敏三極管 光敏三極管光敏晶閘管光敏晶閘管2.光敏晶體管的基本特性光譜特性伏安特性光電特性2.光敏晶體管的基本特性光譜特性-光電式傳感器原理課件溫度特性頻率特性光敏晶體管受調制光照射時，相對靈敏度與調制頻率的關系稱為頻率特性，如圖6-22所示。減少負載電阻能提高響應頻率，但輸出降低。一般來說，光敏三極管的頻率響應比光敏二極管差得多，鍺光敏三極管的頻率響應比硅管小一個數(shù)量級。響應時間工業(yè)用的硅光敏二極管的響應時間為（10-510-7）s左右，光敏三極管的響應時間比相應的二極管約慢一個數(shù)量級，因此在要求快速響應或入射光調制頻率比較高時應選用硅光敏二極管。溫度特性頻率特性圖6-21光敏晶體管的溫度特性 圖6-22 光敏晶體管頻率特性圖6-21光敏晶體管的溫度特性 圖光電池及基本測量電路1.光電池的結構及工作原理光電池及基本測量電路1.光電池的結構及工作原理2.光電池的基本特性光譜特性2.光電池的基本特性光譜特性 光電特性 光電特性溫度特性溫度特性 頻率特性 頻率特性3.短路電流的測量 圖6-28 光電池短路電流測量電路3.短路電流的測量 圖6-28 光電池短路電流測量電路光