傳感器原理任務(wù)書

傳感器原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)書項(xiàng)目：光電傳感器電路的設(shè)計(jì)傳感器的種類繁多，千差萬別，應(yīng)用場合也各式各樣，即便是同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此，在掌握傳感器基本原理的同時還應(yīng)該對傳感器的應(yīng)用有所了解。如傳感器的性能、測量條件、使用方法的等等。以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是針對傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中缺少的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而應(yīng)用又較多的部分傳感器設(shè)計(jì)的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。集成式傳感器技術(shù)正在迅速發(fā)展，有必要對各種新型傳感器做更多得了解。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)u一、電路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)任務(wù)在了解光電傳感原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一光電傳感發(fā)射和接收電路，并在面包板上用實(shí)際電子元器件插接、調(diào)試電路，記錄光強(qiáng)變化對應(yīng)接收電壓變化的數(shù)據(jù)結(jié)果。文檔收使用光敏電阻接收光信號進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試完成實(shí)驗(yàn);使用光電池接收光信號進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試完成實(shí)驗(yàn)；指標(biāo)要求：光強(qiáng)成線性變化；實(shí)驗(yàn)提供所有電子元器件及實(shí)驗(yàn)臺。二、設(shè)計(jì)提示工作原理RG電源光電流1.1光敏電阻工作原理入射光RG電源光電流1.1光敏電阻工作原理入射光光敏電阻工作原理圖光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性，就是電阻器件。上圖為光敏電阻結(jié)構(gòu)圖，RG為光敏電阻，當(dāng)RG兩端通有電流而無光照射，RG呈高阻態(tài)，回路中僅有微弱的暗電流通過；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照射時，因光敏電阻光導(dǎo)材料吸收光能而生成電子一空穴對，這時電子移向正極，空穴移向負(fù)極，它的阻值急劇減少，電流迅速增大。光電流的大小變化控制電路中的電壓電流變化。當(dāng)光照射停止時，自由電子與空穴復(fù)合，電阻又恢復(fù)原值，電路有只有微弱暗電流通過。亮電流與暗電流的差稱為光電流，通常光電流越大越好，表明光敏電阻敏感度好。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)是在玻璃底版上涂一層對光敏感的半導(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。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)光敏電阻結(jié)構(gòu)及符號光敏電阻光照特性：?光敏電阻無光照時，內(nèi)部電子被原子束縛，具有很高的電阻值；光敏電阻有光照時，當(dāng)光子能量E0>Eg時，電阻值隨光強(qiáng)增加而降低;?光照停止時，自由電子與空穴復(fù)合，電阻恢復(fù)原值。光敏電阻主要參數(shù)：暗電阻一一無光照時的電阻為暗電阻；暗電流——無光照時的電流，在給定工作電壓流過暗電阻時的電流；亮電阻、亮電流 受光照時的阻值，電流稱亮電流；光電流——亮電流與暗電流之差稱光電流?；咎匦裕?伏安特性?給定偏壓，光照越大光電流越大；?給定光照度，電壓越大光電流越大；?光敏電阻的伏安特性曲線不彎曲無飽和，但受最大功耗限制。光敏電阻伏安特性光譜特性?光敏電阻靈敏度與入射波長有關(guān)，不同波長光敏電阻靈敏度不同;?光敏電阻靈敏度與半導(dǎo)體摻雜的材料有關(guān)，不同材料靈敏度不同，例如材料相對靈敏度峰值位置波長（入）硫化鎘（CdS）0.3?0.8（pm）硫化鉛（PbS）1.0?3.5（|Jm）銻化銦（InSb）1.0?7.3（|Jm）光敏電阻光譜特性溫度特性溫度變化影響光敏電阻的靈敏度、暗電流和光譜響應(yīng)。光敏電阻溫度特性1.2光電池工作原理光電池（有源器件）光電池工作原理也是基于光生伏特效應(yīng)，是可直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件。有光線作用時就是電源，如光電池。廣泛用于宇航電源，另一類用于檢測和自動控制等。文檔收集自網(wǎng)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，其中硒光電池轉(zhuǎn)換效率較高，價格低廉壽命長，是使用較廣泛的一種光電池；砷化鎵光電池光譜響應(yīng)與太陽光譜吻合，耐高溫，耐宇宙射線，是宇航光電池首選材料。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)原理：光電池實(shí)質(zhì)是一個大面積PN結(jié)，結(jié)構(gòu)如下圖所示，上電極為柵狀受光電極，柵狀電極下涂有抗反射膜，用以增加透光，減小反射，下電極是一層襯底鋁。當(dāng)光照射PN結(jié)的一個面時，電子空穴對迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場作用下建立一個與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢，一般可產(chǎn)生0.2V?0.6V電壓，50mA電流。光照硅光電池的P區(qū)時，在P區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對，硅光電池表面的光子多，電子-空穴對也越多。在內(nèi)電場的作用下，電子向內(nèi)擴(kuò)散，在

復(fù)合前到達(dá)P-N結(jié)過渡區(qū)，內(nèi)電場的作用將這些電子推向N區(qū)。于是光照產(chǎn)生的電子-空穴對中的電子流向N區(qū)；空穴則留在P區(qū)，導(dǎo)致P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成電位差。文檔illi+ +■I■-―——PH"N光電池結(jié)構(gòu)圖光電池工作原理圖光電池符號?開路電壓 光生電動勢UOC與照度E之間關(guān)系稱開路電壓曲線；開路電壓與光照度關(guān)系是非線性關(guān)系，在照度位2000lx下趨于飽和。?短路電流 短路電流ISC與照度EV之間關(guān)系稱短路電流曲線；短路電流是指，外接負(fù)載RL相對內(nèi)阻很小時的光電流，實(shí)驗(yàn)證明：負(fù)載電阻Rl越小，曲線線性越好，線性范圍越寬；Rlm100Q以下為好。短路電流曲線在很大范圍內(nèi)與光照度成線性關(guān)系，因此光電池作為測量元件使用時，一般不作電壓源使用，而作為電流源的形式應(yīng)用。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，Ev/1kEv/1k光電池光照特性圖光電池光照與負(fù)載的關(guān)系?光譜特性光電池對不同波長的光靈敏度不同，下圖為硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線。由圖可見，不同材料的光電池，光譜響應(yīng)的最大靈敏度峰值所對應(yīng)的入射波長不同，硅光電池的

光譜響應(yīng)峰值在0.8pm附近，波長范圍0.4?1.2pm,硒光電池光譜響應(yīng)峰值在0.5pm附近，波長范圍0.38?0.75.m。硅光電池可以在很寬的波長范圍內(nèi)應(yīng)用。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用ooooOO8642--相對靈敏度務(wù)0.40.81.21.61.8ooooOO8642--相對靈敏度務(wù)0.40.81.21.61.8波長人/四mooooOO0642■1—1相對光電流％01.53.04.56.0f/KHz7土光電池光譜特性圖硅、頻率特性硒光電池的頻率特性頻率特性指光電池相對輸出電流與光的調(diào)制頻率之間關(guān)系。從上圖中得知，硅、硒光電池的頻率特性不同，硅光電池有較好的頻率響應(yīng)，硒光電池較差。在一些測量系統(tǒng)中，光電池作為接受器件，測量調(diào)制光（明暗變化）的輸入信號，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。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)電路連接?光電池作為控制元件時通常接非線性負(fù)載（晶體管）。鍺管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓降為0.2V?0.3V，硅光電池開路電壓可達(dá)0.5V，可直接將光電池接入基極，控制晶體管工作。光照度變化時，引起基極電流IB變化，集電極電流（IC=pIB）發(fā)生p倍的變化。電流IC與光照近似線性關(guān)系。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為0.6V?0.7V，這時光電池的0.5V電壓無法起到控制作用，可以將兩個光電池串聯(lián)后接入基極，或者用偏壓電阻和二極管產(chǎn)生附加電壓。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)?光電池作為電源使用時，根據(jù)使用要求進(jìn)行連接。需要高電壓時應(yīng)將光電池串聯(lián)使用；需要大電流時應(yīng)將光電池并聯(lián)使用。

光電池電路連接實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)了解光敏電阻、光電池的工作原理和應(yīng)用，認(rèn)識光敏元器件；設(shè)計(jì)、聯(lián)接和調(diào)試電路;測量、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)具體給出的器件設(shè)計(jì)一光照強(qiáng)度顯示電路，當(dāng)光敏元件受到一定強(qiáng)度光照時，顯示器給出對應(yīng)的數(shù)據(jù)，獲得光照強(qiáng)度與光電元件輸出信號的對應(yīng)關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)給出的器件設(shè)計(jì)電路，在面包板上插接電路。用直流穩(wěn)壓電源(用實(shí)驗(yàn)臺電源)接通電路板(5V)，對插接電路進(jìn)行調(diào)試，觀察光照時的電路狀態(tài)。調(diào)節(jié)激光二極管的輸入電源電壓，用儀表測量光照度。測量光照度不同時光敏電阻的阻值變化，光電池的輸出電壓。變化光照度，測出測量電路輸出電壓。針對測量電路輸出電壓，測出放大電路的輸出電壓值；調(diào)節(jié)放大電路的相關(guān)電阻，再測放大電路的輸出電壓值，直至在顯示范圍內(nèi)。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括：目的、任務(wù)；實(shí)驗(yàn)框圖及電路設(shè)計(jì)；調(diào)試過程遇到的問題及解決的方法；測量數(shù)據(jù)的記錄(激光二極管輸入電壓，激光二極管光照度值、光敏電阻的暗電阻、亮電阻、光電池開路電壓、測量電路、調(diào)理電路輸入輸出電壓，對應(yīng)電阻參數(shù))。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個人學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)器件：光敏電阻cds(硫化鎘)一只；光電池一只；激光二極管一只，面包板一塊、傳感器實(shí)驗(yàn)臺一臺。激光發(fā)射、接收電路(參考電路)+5V+叫5vv\?1kOhmLM358[R]/1Cvv\?1kOhmLM358[R]/1CkOh+5V+Vcc、冬激光發(fā)射管激光管驅(qū)動電路光敏電阻1CUT三、+5V+&匚去顯小電路'2kOhmVvV10kOhm

-VvV-10kOhm光敏電阻式光接收電路10kOhmVvV光電池LM358去顯不電路光電池式光敏接收電路