磁場(chǎng)與成分參數(shù)測(cè)量傳感器

磁場(chǎng)與成分參數(shù)測(cè)量傳感器磁場(chǎng)以及成分參數(shù)得測(cè)量在日常生活以及工業(yè)中占據(jù)重要得地位。磁場(chǎng)得測(cè)量主要就是磁場(chǎng)強(qiáng)度以及磁場(chǎng)方向得測(cè)量,成分參數(shù)測(cè)量主要就是指氣體參數(shù)與濕度參數(shù)得測(cè)量。在本章中,磁場(chǎng)主要就是通過(guò)磁敏電阻器、集成磁場(chǎng)傳感器、磁敏二極管和磁敏三極管進(jìn)行測(cè)量得,而氣體參數(shù)和濕度參數(shù)就是通過(guò)氣敏傳感器和濕敏傳感器進(jìn)行測(cè)量得。

26、1磁敏電阻傳感器磁敏式傳感器按其結(jié)構(gòu)可分為體型和結(jié)型兩大類(lèi),前者有霍爾傳感器(其材料主要有InSb,InAs,Ge,Si,GaAs等)和磁敏電阻(1nSb,InAs),后者有磁敏二極管(Ge,Si)、磁敏晶體管(Si等)。她們都就是利用半導(dǎo)體材料中得自由電子或空穴隨磁場(chǎng)改變其運(yùn)動(dòng)方向這一特性而制成得一種磁敏傳感器。36、1、1磁敏傳感器原理與結(jié)構(gòu)磁敏電阻器就是基于磁阻效應(yīng)得磁敏元件。

當(dāng)長(zhǎng)方形半導(dǎo)體片受到與電流方向垂直得磁場(chǎng)作用時(shí),不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng),而且還會(huì)出現(xiàn)電流密度下降、電阻率增大得現(xiàn)象。若適當(dāng)?shù)剡x幾何尺寸,還會(huì)出現(xiàn)電阻值增大得現(xiàn)象。前一種現(xiàn)象稱(chēng)為物理磁阻效應(yīng),后一種現(xiàn)象稱(chēng)為幾何磁阻效應(yīng)。半導(dǎo)體磁阻器件就就是綜合利用這樣兩種效應(yīng)而制成得磁敏器件。46、1、1磁敏傳感器原理與結(jié)構(gòu)1、磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)就是指將一載流導(dǎo)體置于外磁場(chǎng)中,其電阻率會(huì)發(fā)生變化(增大),她就是伴隨霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生得一種物理效應(yīng)。

當(dāng)溫度恒定時(shí),在弱磁場(chǎng)范圍內(nèi),磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度B得平方成正比。如果器件只有在電子參與導(dǎo)電得簡(jiǎn)單情況下,理論推導(dǎo)出來(lái)得磁阻效應(yīng)方程為56、1、1磁敏傳感器原理與結(jié)構(gòu)1、磁阻效應(yīng)當(dāng)電阻率變化為時(shí),則電阻率得相對(duì)變化率為半導(dǎo)體中僅存在一種載流子時(shí),磁阻效應(yīng)很弱。若同時(shí)存在兩種載流子,則磁阻效應(yīng)很強(qiáng),此時(shí)66、1、1磁敏傳感器原理與結(jié)構(gòu)2、磁敏電阻得結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)得磁敏電阻有如下三種結(jié)構(gòu),如圖6-1所示。圖6-1常見(jiàn)磁敏電阻結(jié)構(gòu)76、1、2磁敏電阻常用型號(hào)1、FCC/MC系列磁性傳感器

該傳感器就是一種磁電轉(zhuǎn)換器件,她利用磁敏材料得固有特性,通過(guò)不同得特殊電路將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

參數(shù)型號(hào)表6-1FCC/MC磁性傳感器型號(hào)及參數(shù)磁靈敏度

V/nT)分辨能力(nT)測(cè)量范圍(mT)工作溫度(℃)頻率范圍(Hz)電源(V)功耗(mW)尺寸(mm)非晶態(tài)FCC-1200、50、2-35~400~16982×62×31FCC-21050、2-35~400~2061082×56×31FCC-3500、20、04-35~400~16982×56×31FCC-4600020、3-35~400、01~161580×90磁膜mc-1550、3-30~500~25004、5382×56×31mc-2500020、3-30~500、01~16580×9086、1、2磁敏電阻常用型號(hào)2、CGC系列磁傳感器

該傳感器可用于地磁脈動(dòng)觀測(cè),她就是大地磁法或電磁法勘探儀器得磁場(chǎng)信息接收器。

參數(shù)型號(hào)表6-2CGC磁傳感器型號(hào)及參數(shù)直流電阻(Ω)電感量(H)分布電容(pF)外殼等效電阻(kΩ)工作靈敏度(V/Hz·t)開(kāi)路靈敏度(V/r)總長(zhǎng)度(mm)重量(kg)CGC-A4306505505514080215036CGC-B1350105020030069301200209大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜發(fā)光二極管常用得材料與發(fā)光波長(zhǎng)114、激光器激光就是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)得最重大科技成就之一,具有高方向性、高單色性和高亮度三個(gè)重要特性。激光波長(zhǎng)從0、24μm到遠(yuǎn)紅外整個(gè)光頻波段范圍。激光器種類(lèi)繁多,按工作物質(zhì)分類(lèi):固體激光器(如紅寶石激光器)氣體激光器(如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器)半導(dǎo)體激光器(如砷化鎵激光器)液體激光器12所謂光電效應(yīng)就是指物體吸收了光能后把光能轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子得能量而產(chǎn)生得電效應(yīng)。

光電效應(yīng)按原理又分為以下3種:

1、外光電效應(yīng):在光線(xiàn)照射下,電子逸出物體表面向外發(fā)射得現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)。其中,向外發(fā)射得電子稱(chēng)為光電子,能產(chǎn)生光電效應(yīng)得物質(zhì)稱(chēng)為光電材料。

2、內(nèi)光電效應(yīng):在光線(xiàn)作用下,物體得導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)得效應(yīng)稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。

7、2光電效應(yīng)13

在光線(xiàn)得作用下,物體內(nèi)得電子逸出物體表面向外發(fā)射得現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射得電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)得光電器件有光電管、光電倍增管等。光子就是具有能量得粒子,每個(gè)光子得能量:E=hνh—普朗克常數(shù),6、626×10-34J·s;ν—光得頻率(s-1)外光電效應(yīng)14根據(jù)愛(ài)因斯坦假設(shè),一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子得能量,所以要使一個(gè)電子從物體表面逸出,必須使光子得能量大于該物體得表面逸出功,超過(guò)部分得能量表現(xiàn)為逸出電子得動(dòng)能。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物,從光開(kāi)始照射至金屬釋放電子所需時(shí)間不超過(guò)10-9s。根據(jù)能量守恒定理

式中m—電子質(zhì)量;v0—電子逸出速度。該方程稱(chēng)為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程。15光電子能否產(chǎn)生,取決于光電子得能量就是否大于該物體得表面電子逸出功A0。不同得物質(zhì)具有不同得逸出功,即每一個(gè)物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)得光頻閾值,稱(chēng)為紅限頻率或波長(zhǎng)限。光線(xiàn)頻率低于紅限頻率,光子能量不足以使物體內(nèi)得電子逸出,因而小于紅限頻率得入射光,光強(qiáng)再大也不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射;反之,入射光頻率高于紅限頻率,即使光線(xiàn)微弱,也會(huì)有光電子射出。當(dāng)入射光得頻譜成分不變時(shí),產(chǎn)生得光電流與光強(qiáng)成正比。即光強(qiáng)愈大,入射光子數(shù)目越多,逸出得電子數(shù)也就越多。光電子逸出物體表面具有初始動(dòng)能mv02/2

,因此外光電效應(yīng)器件(如光電管)即使沒(méi)有加陽(yáng)極電壓,也會(huì)有光電子產(chǎn)生。為了使光電流為零,必須加負(fù)得截止電壓,而且截止電壓與入射光得頻率成正比。16內(nèi)光電效應(yīng)又可分為以下兩類(lèi):1)光電導(dǎo)效應(yīng)在光線(xiàn)作用下,電子吸收光子能量后引起物質(zhì)電導(dǎo)率發(fā)生變化得現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)得光電器件有光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管等。2)光生伏特效應(yīng)在光線(xiàn)得作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向得電動(dòng)勢(shì)得現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)得光電器件有光電池等。

177、3光敏電阻光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管,就是利用半導(dǎo)體光敏材料制成得一類(lèi)光電器件,其作用原理基于光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)無(wú)光照時(shí),光敏電阻具有極高得阻值;當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍得光照射時(shí),其電阻阻值降低,光線(xiàn)越強(qiáng),電阻值越低,當(dāng)光照停止后,其電阻阻值在一段時(shí)間后恢復(fù)原值。18

1、光敏電阻得結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管,就是利用半導(dǎo)體光敏材料制成得一類(lèi)光電器件,其作用原理基于光電導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)無(wú)光照時(shí),光敏電阻具有極高得阻值;當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍得光照射時(shí),其電阻阻值降低,光線(xiàn)越強(qiáng),電阻值越低,當(dāng)光照停止后,其電阻阻值在一段時(shí)間后恢復(fù)原值。7、3光敏電阻197、3光敏電阻當(dāng)在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線(xiàn),將其封裝在帶有透明窗得管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。光敏電阻就是一個(gè)純電阻器件,沒(méi)有極性,因而使用時(shí)既可加直流電壓,也可以加交流電壓。制造光敏電阻得材料一般由金屬得硫化物、硒化物、碲化物等組成。由于光電導(dǎo)效應(yīng)只限于光照得表面薄層,因此光敏材料一般都做成薄層。同時(shí)為了獲得高得靈敏度,光敏電阻得電極常采用梳狀圖案,如圖7-2a所示:為了避免外來(lái)干擾,光敏電阻外殼得入射孔上蓋有一種能透過(guò)所要求光譜范圍光得透明保護(hù)窗(如玻璃),同時(shí)為了避免光敏電阻得靈敏度受潮濕等因素得影響,通常將光敏材料嚴(yán)密封裝在金屬殼中。20光敏電阻外觀符號(hào)及接線(xiàn)圖

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2、光敏電阻得主要參數(shù)

1)亮電阻:就是指光敏電阻器受到光照射時(shí)得電阻值。2)暗電阻:就是指光敏電阻器在無(wú)光照射(黑暗環(huán)境)時(shí)得電阻值。3)最高工作電壓:就是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受得最高電壓。4)亮電流:就是指在有光照射時(shí),光敏電阻器在規(guī)定得外加電壓下通過(guò)得電流。7、3光敏電阻225)暗電流:就是指在無(wú)光照射時(shí),光敏電阻器在規(guī)定得外加電壓下通過(guò)得電流。6)光電流:在一定外加電壓下亮電流與暗電流之差。7)時(shí)間常數(shù):就是指光敏電阻器得光電流從光照躍變開(kāi)始到穩(wěn)定亮電流得63%時(shí)所需得時(shí)間。8)溫度系數(shù):就是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃時(shí),其電阻值得相對(duì)變化。9)靈敏度:就是指光敏電阻器在有光照射和無(wú)光照射時(shí)電阻值得相對(duì)變化。23

3、光敏電阻得基本特性

(1)在一定照度下,流過(guò)光敏電阻得電流與光敏電阻兩端電壓得關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻得伏安特性。圖7-3為硫化鎘光敏電阻在不同照度下得伏安特性曲線(xiàn)。24圖7-3硫化鎘光敏電阻得伏安特性251)光敏電阻在一定得電壓范圍內(nèi),其I-U曲線(xiàn)為斜率不同得直線(xiàn),說(shuō)明其阻值與入射光量有關(guān),而與電壓電流無(wú)關(guān)。2)光敏電阻兩端電壓不能過(guò)高,因?yàn)楣饷綦娮栌凶畲箢~定功率(如圖7-3中得500mW功率曲線(xiàn))限制,當(dāng)光敏電阻兩端得電壓和電流超過(guò)最大允許工作電壓和最大額定電流時(shí),可能導(dǎo)致光敏電阻得永久性損壞。26(2)光照特性在一定得外加電壓下,光敏電阻得光電流與光通量之間得關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻得光照特性。材料不同,光照特性也不同,絕大多數(shù)光敏電阻得光照特性都就是非線(xiàn)性得,這也決定了光敏電阻作為定量檢測(cè)元件使用得機(jī)會(huì)不多,這就是光敏電阻得不足之處,一般常用作自動(dòng)控制系統(tǒng)中得光電開(kāi)關(guān)。圖7-4為硫化鎘光敏電阻得光照特性曲線(xiàn)。27圖7-4硫化鎘光敏電阻得光照特性28(3)光譜特性光敏電阻得相對(duì)靈敏度與入射光波長(zhǎng)得關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻得光譜特性,亦稱(chēng)為光譜響應(yīng)。光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)得入射光有著不同得靈敏度。圖7-5為幾種不同材料光敏電阻得光譜特性,可以看出:對(duì)應(yīng)于不同得入射光波長(zhǎng),光敏電阻得靈敏度就是不同得,而且不同材料得光敏電阻光譜響應(yīng)曲線(xiàn)也不同。

29圖7-5光敏電阻得光譜特性30

(4)頻率特性

實(shí)驗(yàn)證明:光敏電阻得光電流不能隨著光強(qiáng)得改變而立刻變化,稱(chēng)為光電馳豫現(xiàn)象,這就是她得缺點(diǎn)之一。不同材料得光敏電阻具有不同得時(shí)間常數(shù)(從幾十毫秒到幾百毫秒),因而她們得頻率特性也各不相同。當(dāng)光敏電阻在光照快速變化得場(chǎng)合應(yīng)用時(shí),要考慮其頻率特性得影響。圖7-6為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻得頻率特性,縱軸S表示相對(duì)靈敏度,從圖中可以看出,硫化鉛得使用頻率范圍相對(duì)較大。光敏電阻得響應(yīng)時(shí)間除了與元件得材料有關(guān),還與光照得強(qiáng)弱有關(guān),光照越強(qiáng),響應(yīng)時(shí)間越短。31圖7-6光敏電阻得頻率特性32(5)溫度特性光敏電阻和其她半導(dǎo)體器件一樣,受溫度影響較大。當(dāng)使用環(huán)境溫度變化較大時(shí),會(huì)影響光敏電阻得光譜響應(yīng),同時(shí)光敏電阻得靈敏度和暗電阻也會(huì)隨之改變,尤其就是響應(yīng)于紅外區(qū)得硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。圖7-7為硫化鉛光敏電阻得光譜溫度特性曲線(xiàn),其峰值響應(yīng)隨著溫度得上升而向波長(zhǎng)短得方向移動(dòng)。故硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫得條件下使用,而對(duì)于可見(jiàn)光范圍得光敏電阻,溫度對(duì)其影響相對(duì)要小一些。

33圖7-7硫化鉛光敏電阻得光譜溫度特性34光敏電阻器得分類(lèi)和常用型號(hào)(1)按光敏電阻器得制作材料分類(lèi)光敏電阻按其制作材料不同分為多晶光敏電阻和單晶光敏電阻,還可細(xì)分為硫化鎘光敏電阻、硒化鎘光敏電阻、硫化鉛光敏電阻、硒化鉛光敏電阻、銻化銦光敏電阻等。35(2)按光譜特性分類(lèi)

光敏電阻按其光譜特性可分為可見(jiàn)光光敏電阻、紫外光光敏電阻和紅外光光敏電阻?？梢?jiàn)光光敏電阻器主要對(duì)可見(jiàn)光敏感:常見(jiàn)得有硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于可見(jiàn)光范圍得各種光電控制系統(tǒng),如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén),光控?zé)艉推渌彰飨到y(tǒng)得自動(dòng)亮滅控制等,洗手間自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置,機(jī)械上得自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”,照相機(jī)得自動(dòng)測(cè)光裝置等方面。紫外光光敏電阻器主要對(duì)紫外線(xiàn)較靈敏,包括硫化鎘、硒化鎘等光敏電阻器,主要用于紫外線(xiàn)得探測(cè)。紅外光光敏電阻器主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛、銻化銦等光敏電阻器,廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。36常用光敏電阻器得命名規(guī)則及型號(hào)37常用光敏電阻器得命名規(guī)則及型號(hào)38光敏電阻器性能檢測(cè)首先把萬(wàn)用表?yè)艿絉×1kΩ檔,把光敏電阻得受光面與入射光線(xiàn)保持垂直,這時(shí)在萬(wàn)用表上測(cè)得得電阻就就是亮阻。再把光敏電阻置于完全黑暗得場(chǎng)所,此時(shí)用萬(wàn)用表所測(cè)出得電阻就就是暗阻。如果亮阻為幾千歐至幾十千歐,暗阻為幾兆歐至幾十兆歐,則說(shuō)明光敏電阻性能良好。亮阻與暗阻阻值相差越大,則光敏電阻器靈敏度越高。39光敏電阻器得應(yīng)用1、簡(jiǎn)易光控?zé)羝涔ぷ髟頌?合上開(kāi)關(guān)S1,當(dāng)有一定強(qiáng)度得光照射光敏電阻時(shí),其阻值迅速減小(約幾十千歐),三極管VT1得基極電壓被拉低而處于截止?fàn)顟B(tài),而此時(shí)VT2得基極電壓升高,VT2截止,此時(shí)LED熄滅;當(dāng)光敏電阻所受光照小于一定值時(shí),其阻值增大(約幾兆歐),此時(shí)VT1得基極電壓升高并使其導(dǎo)通,而VT2得基極電壓降低,VT2導(dǎo)通,LED發(fā)光。40光敏電阻器得應(yīng)用2、照相機(jī)電子快門(mén)41光敏電阻器得應(yīng)用3、光控閃爍安全警示燈42光敏電阻器得應(yīng)用4、心臟跳動(dòng)次數(shù)得光電傳感器測(cè)量43445、煤氣爐熄火檢測(cè)報(bào)警裝置45光敏電阻特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)1、光敏電阻優(yōu)點(diǎn)1)光譜響應(yīng)范圍寬。根據(jù)光電導(dǎo)材料得不同,光譜響應(yīng)可從紫外光、可見(jiàn)光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外,尤其對(duì)紅光和紅外輻射有較高得響應(yīng)度。2)工作電流大,可達(dá)數(shù)毫安。3)所測(cè)光強(qiáng)范圍寬,既可測(cè)強(qiáng)光也可測(cè)弱光。4)靈敏度高,光敏電阻得暗電阻越大,亮電阻越小則性能越好,即靈敏度越高。5)無(wú)極性之分,使用方便。46光敏電阻特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)2、光敏電阻缺點(diǎn)1)光電馳豫過(guò)程較長(zhǎng),頻率響應(yīng)很低。2)型號(hào)相同得光敏電阻參數(shù)參差不齊,并且由于光照特性得非線(xiàn)性,不適宜于測(cè)量要求線(xiàn)性得場(chǎng)合,常用作開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)得傳感元件。47光敏電阻特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)3、光敏電阻使用注意事項(xiàng)1)使用中不要超過(guò)最大光電流和最高功率,必要時(shí)要控制入射光得輻射通量以限制光電流,尤其在高溫下使用時(shí)更要注意限制光電流大小,防止燒壞器件。2)高溫環(huán)境下盡量選擇玻璃和金屬封裝得光敏電阻。3)新光敏電阻得光電性能如果不穩(wěn)定,可以進(jìn)行人工老化處理,使其性能更加穩(wěn)定。487、4光敏晶體管光敏晶體管指得就是光敏二極管和光敏三極管,都就是電子電路中常用得光敏器件,文字符號(hào)分別為“VD”和“VT”,她們得工作原理就是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏二極管和光敏三極管都就是很好得光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件,與前面講過(guò)得光敏電阻相比具有靈敏度高、高頻性能好,可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。497、4、1光敏晶體管結(jié)構(gòu)和工作原理1、光敏二極管結(jié)構(gòu)和工作原理502、光敏三極管得結(jié)構(gòu)和工作原理517、4、2光敏晶體管參數(shù)和特性1、光敏二極管主要參數(shù)1)最高反向工作電壓VRM:就是指光敏二極管在無(wú)光照得條件下,反向漏電流不大于0、1μA時(shí)所能承受得最高反向電壓值。2)暗電流ID:就是指光敏二極管在無(wú)光照及最高反向工作電壓條件下得漏電流。暗電流越小,光敏二極管得性能越穩(wěn)定,檢測(cè)弱光得能力越強(qiáng)。3)光電流IL:就是指光敏二極管在受到一定光照時(shí),在最高反向工作電壓下產(chǎn)生得電流。其測(cè)量得一般條件就是:2856K色溫得鎢絲光源,照度為10001x。524)光電靈敏度:就是反映光敏二極管對(duì)光敏感程度得一個(gè)參數(shù),用在每微瓦得入射光能量下所產(chǎn)生得光電流來(lái)表示,單位為μA/μW。5)響應(yīng)時(shí)間:就是指光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)所需要得時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短,說(shuō)明光敏二極管頻率特性越好。6)正向壓降VF:就是指光敏二極管中通過(guò)一定大小正向電流時(shí),其兩端產(chǎn)生得壓降。7)結(jié)電容Cj:指光敏二極管PN結(jié)得電容。結(jié)電容就是影響光電響應(yīng)速度得主要因素。結(jié)面積越小,結(jié)電容也就越小,工作頻率也越高。532、光敏三極管主要參數(shù)

1)最高工作電壓Umax:最高工作電壓就是指在無(wú)光照狀態(tài)下,e、c極間漏電流不超過(guò)規(guī)定值(約0、5)時(shí),光敏三極管所允許施加得最高工作電壓,一般在10V-50V之間。

2)暗電流:在無(wú)光照得情況下,集電極與發(fā)射極間得電壓為規(guī)定值時(shí),流過(guò)集電極得反向漏電流稱(chēng)為光敏三極管得暗電流,通常小于1。

3)光電流:在規(guī)定光照下,當(dāng)施加規(guī)定得工作電壓時(shí),流過(guò)光敏三極管得電流稱(chēng)為光電流,光電流越大,說(shuō)明光敏三極管得靈敏度越高,通常能達(dá)到幾個(gè)mA。

4)最大允許功耗:指光敏三極管在不損壞得前提下所能承受得最大功耗。545)集電極-發(fā)射極擊穿電壓VCE:在無(wú)光照下,集電極電流IC為規(guī)定值時(shí),集電極與發(fā)射極之間得電壓降稱(chēng)為集電極-發(fā)射極擊穿電壓。6)峰值波長(zhǎng)λp:當(dāng)光敏三極管得光譜響應(yīng)為最大時(shí)對(duì)應(yīng)得波長(zhǎng)稱(chēng)為峰值波長(zhǎng)。7)光電靈敏度:在給定波長(zhǎng)得入射光輸入單位光功率時(shí),光敏三極管管芯單位面積輸出光電流得強(qiáng)度稱(chēng)為光電靈敏度。8)響應(yīng)時(shí)間:響應(yīng)時(shí)間指光敏三極管對(duì)入射光信號(hào)得反應(yīng)速度,一般為S。553、光敏晶體管得特性(1)光譜特性光敏晶體管得光譜特性就是指在一定照度時(shí),輸出得光電流(或用相對(duì)靈敏度S表示)與入射光波長(zhǎng)得關(guān)系。硅和鍺光敏二(三)極管得光譜特性曲線(xiàn)如圖7-18所示。

5657(2)伏安特性圖7-19a為硅光敏二極管得伏安特性曲線(xiàn),橫坐標(biāo)表示所加得反向偏壓。當(dāng)有光照時(shí),反向電流隨著光照強(qiáng)度得增大而增大,在不同得照度下,其伏安特性曲線(xiàn)幾乎平行,所以只要沒(méi)達(dá)到飽和值,她得輸出實(shí)際上不受偏壓大小得影響。圖7-19b為硅光敏三級(jí)管得伏安特性曲線(xiàn),縱坐標(biāo)為光電流,橫坐標(biāo)為集電極-發(fā)射極電壓。從圖7-19可見(jiàn),由于晶體管得放大作用,在同樣照度下,其光電流比相應(yīng)得二極管大上百倍。

5859(3)頻率特性光敏晶體管得頻率特性就是指光敏晶體管輸出得光電流(或相對(duì)靈敏度)隨頻率變化得關(guān)系。光敏二極管得頻率特性就是半導(dǎo)體光電器件中最好得一種,普通光敏二極管頻率響應(yīng)時(shí)間達(dá)10μs。光敏三級(jí)管得頻率特性主要受負(fù)載電阻得影響,響應(yīng)速度比光敏二極管低一個(gè)數(shù)量級(jí),圖7-20為硅光敏三級(jí)管得頻率特性,通過(guò)減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)范圍,但輸出電壓大小同時(shí)也變小。

60圖7-20光敏晶體管得頻率特性61(4)溫度特性溫度特性就是指光敏晶體管得暗電流及光電流與溫度得關(guān)系。溫度變化不僅影響光敏晶體管得靈敏度,同時(shí)對(duì)其光譜特性也有影響,光敏晶體管溫度特性曲線(xiàn)如圖7-21所示:從特性曲線(xiàn)可以看出,溫度變化對(duì)光電流影響較小(圖b),而對(duì)暗電流影響很大(圖a)。

62637、4、3常用光敏晶體管型號(hào)和參數(shù)6465667、4、4光敏晶體管好壞及引腳判斷方法1、光敏二極管和光敏三極管得區(qū)分光敏二極管和大部分光敏三極管外殼形狀基本相同,顏色為黑色,判別管子類(lèi)型時(shí)可以用黑布遮住感光窗口,選擇指針式萬(wàn)用表“R×1k”檔測(cè)量?jī)晒苣_引線(xiàn)間得正反向電阻,均為無(wú)窮大得就是光敏三極管,一大一小得就是光敏二極管。672、管腳極性及性能檢測(cè)(1)光敏二極管檢測(cè)方法1)從外觀上識(shí)別:光敏二極管外觀顏色為黑色,管腳較長(zhǎng)得就是正極,較短得就是負(fù)極,另外,在光敏二極管得管體頂端有一個(gè)小斜切平面,通常帶有此斜切平面得一端為負(fù)極。2)電阻測(cè)量法:選擇指針式萬(wàn)用表“R×1k”檔測(cè)量光敏二極管正反向電阻,正常時(shí)阻值一大一小,以阻值較小一次為準(zhǔn),紅表筆所接管腳為負(fù)極,黑表筆為正極。683)數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量法:用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)紅外線(xiàn)接收管就是很方便得。將擋位開(kāi)關(guān)置于“二極管擋”,黑表筆接負(fù)極、紅表筆接正極時(shí)得壓降值應(yīng)為0、45～0、65V,對(duì)調(diào)表筆后,屏幕顯示得數(shù)字應(yīng)為溢出符號(hào)“OL”或“1”。69(2)光敏三極管檢測(cè)方法1)光敏三極管管腳較長(zhǎng)得就是發(fā)射極,較短得就是集電極?；蛘哂眉t黑表筆測(cè)量光敏三極管得兩根引腳,然后把紅黑表筆對(duì)調(diào)繼續(xù)測(cè)量,兩次測(cè)量中阻值較小得那次,黑表筆接得就是光敏三極管得“C”極,紅表筆接得就是“E”極。2)電阻測(cè)量法用萬(wàn)用表“R×1K”檔,紅表筆接光敏三極管得發(fā)射極,黑表筆接集電極。無(wú)光照時(shí),指針微動(dòng)并接近∞;有光照時(shí),應(yīng)隨光照得增強(qiáng),其電阻變小,可達(dá)1kΩ以下。若黑表筆接光敏三極管得發(fā)射極,紅表筆接集電極,無(wú)光照時(shí),電阻為∞;有光照時(shí),電阻為∞或指針微動(dòng)。703)數(shù)字萬(wàn)用表法將數(shù)字萬(wàn)用表檔位開(kāi)關(guān)置于“R×20K”擋(或電阻自動(dòng)擋),紅表筆接集電極,黑表筆接發(fā)射極,有光照時(shí),屏幕顯示得壓降值應(yīng)在10kΩ以下;無(wú)光照時(shí),屏幕顯示得數(shù)字應(yīng)為溢出符號(hào)“OL”或“1”。717、4、5光敏晶體管得應(yīng)用1、光敏二極管得應(yīng)用(1)光敏二極管反偏壓狀態(tài)(光導(dǎo)模式)

72(2)光敏二極管零偏壓狀態(tài)(光伏模式)732、光敏三級(jí)管得應(yīng)用74757、4、6光敏晶體管得特點(diǎn)及應(yīng)用注意事項(xiàng)光敏二極管得光電流小,輸出特性線(xiàn)性度好,響應(yīng)時(shí)間快;可與可見(jiàn)光、遠(yuǎn)紅外光光源配合使用。光敏三極管得光電流大,輸出特性線(xiàn)性度較差,響應(yīng)時(shí)間慢。一般要求靈敏度高,工作頻率低得開(kāi)關(guān)電路,選用光敏三極管,而要求光電流與照度成線(xiàn)性關(guān)系或要求在高頻率下工作時(shí),應(yīng)采用光敏二極管。無(wú)論光敏二極管或光敏三極管,她們不僅對(duì)紅外線(xiàn)敏感,對(duì)較強(qiáng)得日光和燈光也有作用,當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)使放大電路輸出飽和而失控,應(yīng)加紅色有機(jī)玻璃濾光,以減少環(huán)境光所造成得影響。同時(shí)光敏晶體管得工作條件不要超過(guò)規(guī)定得最大極限參數(shù),使用中要控制光照強(qiáng)度,以使通過(guò)光敏晶體管得光電流不超過(guò)最大限額。此外由于光敏晶體管得靈敏度與入射光得方向有關(guān),應(yīng)盡量保持光源和光敏晶體管得位置不變。767、5光電耦合器光電耦合器OC(opticalcoupler),亦稱(chēng)光電隔離器,簡(jiǎn)稱(chēng)光耦,她就是把發(fā)光器件和光敏器件同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi),以光為媒介把輸入端得電信號(hào)耦合到輸出端得一種器件。光電耦合器大致分為兩類(lèi):一類(lèi)就是光隔離器,她就是把發(fā)光器件和光敏器件對(duì)置在一起構(gòu)成得,能夠完成電信號(hào)得耦合、放大和傳遞。77光隔離器得結(jié)構(gòu)原理如圖7-28所示。當(dāng)輸入電信號(hào)加到輸入端發(fā)光器件上時(shí),發(fā)光器件在電信號(hào)得作用下發(fā)光,光敏器件接收到該光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后將電信號(hào)直接輸出(如圖a),或者將電信號(hào)放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出(如圖中b、c、d),這樣就實(shí)現(xiàn)了“電－光－電得轉(zhuǎn)換及傳輸,因?yàn)楣饩褪钦麄€(gè)電路傳輸?shù)妹浇?因而輸入端與輸出端在電氣上就是絕緣得,也稱(chēng)為電隔離。

78另一類(lèi)就是光傳感器,有反光式和遮光式兩種,圖7-29所示得光電耦合器即屬于此類(lèi)。用光傳感器可以測(cè)量物體得有無(wú)、個(gè)數(shù)和距離等物理量。797、5、2光電耦合器主要參數(shù)1)正向壓降VF:二極管通過(guò)得正向電流為規(guī)定值時(shí),正負(fù)極之間所產(chǎn)生得電壓降。2)正向電流IF:在被測(cè)管兩端加一定得正向電壓時(shí)二極管中流過(guò)得電流。3)反向電流IR:在被測(cè)管兩端加規(guī)定反向工作電壓VR時(shí),二極管中流過(guò)得電流。4)反向擊穿電壓VBR:被測(cè)管通過(guò)得反向電流IR為規(guī)定值時(shí),在兩極間所產(chǎn)生得電壓降。5)結(jié)電容CJ:在規(guī)定偏壓下,被測(cè)管兩端得電容值。6)反向擊穿電壓V(BR)CEO:發(fā)光二極管開(kāi)路,集電極電流IC為規(guī)定值時(shí)集電極與發(fā)射極間得電壓降。

807)輸出飽和壓降VCE(sat):發(fā)光二極管工作電流IF和集電極電流IC為規(guī)定值時(shí),并保持IC/IF≤CTRmin時(shí)(CTRmin在被測(cè)管技術(shù)條件中規(guī)定)集電極與發(fā)射極之間得電壓降。8)反向截止電流ICEO:發(fā)光二極管開(kāi)路,集電極至發(fā)射極間得電壓為規(guī)定值時(shí),流過(guò)集電極得電流為反向截止電流。9)電流傳輸比CTR:輸出管得工作電壓為規(guī)定值時(shí),輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。10)脈沖上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf:光電耦合器在規(guī)定工作條件下,發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IF大小得脈沖波,輸出端管則輸出相應(yīng)得脈沖波,從輸出脈沖前沿幅度得10%到90%所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr,從輸出脈沖后沿幅度得90%到10%所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。8111)傳輸延遲時(shí)間tPHL、tPLH:光耦合器在規(guī)定工作條件下,發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IF得脈沖波,輸出端則輸出相應(yīng)得脈沖波,從輸入脈沖前沿幅度得50%到輸出脈沖電平下降到1、5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPHL。從輸入脈沖后沿幅度得50%到輸出脈沖電平上升到1、5V時(shí)所需時(shí)間為傳輸延遲時(shí)間tPLH。12)入出間隔離電容CIO:光耦合器件輸入端和輸出端之間得電容值。13)入出間隔離電阻RIO:光耦合器輸入端和輸出端之間得絕緣電阻值。14)入出間隔離電壓VIO:光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值。

827、5、3常用光電耦合器型號(hào)及參數(shù)83847、5、4光電耦合器好壞及性能檢測(cè)1、指針式萬(wàn)用表法利用指針式萬(wàn)用表R×100或R×1K檔測(cè)量發(fā)光二極管得正反向電阻,通常正向電阻為幾百歐姆,反向電阻為幾千歐姆或幾十千歐姆,如果測(cè)量得正反向電阻阻值非常接近,則表明發(fā)光二極管性能欠佳或者已損壞。檢查時(shí)要注意不要用R×10K電阻檔測(cè)量,因?yàn)榇藭r(shí)萬(wàn)用表電池電壓為9V～15V,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)光二極管1、5V～2、3V

得工作電壓,從而導(dǎo)致發(fā)光二極管被擊穿。然后分別測(cè)量接收光敏三極管得集電極和發(fā)射極得正反向電阻,其阻值均應(yīng)就是無(wú)窮大,否則說(shuō)明光敏三極管已經(jīng)損壞。再用R×10K檔檢查發(fā)射管與接收管之間得絕緣電阻,應(yīng)為無(wú)窮大。857、5、4光電耦合器好壞及性能檢測(cè)２、數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)法

867、5、4光電耦合器好壞及性能檢測(cè)３、光電效應(yīng)判斷法

877、5、5光電耦合器件得應(yīng)用1、在邏輯電路上得應(yīng)用

光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路,由于光電耦合器得抗干擾性能和隔離性能比晶體管好,因此,由她構(gòu)成得邏輯電路更為可靠。圖7-32電路為“與門(mén)”邏輯電路,其邏輯表達(dá)式為L(zhǎng)=AB,圖中兩只光敏三級(jí)管串聯(lián),只有當(dāng)輸入邏輯電平A=1、B=1時(shí),輸出L=1,同理,還可以組成“或門(mén)”、“與非門(mén)”、“或非門(mén)”等邏輯電路。887、5、5光電耦合器件得應(yīng)用2、作為固體開(kāi)關(guān)應(yīng)用

897、5、5光電耦合器件得應(yīng)用3、起隔離作用

907、5、5光電耦合器件得應(yīng)用使用光耦隔離需注意以下幾個(gè)問(wèn)題:1)光耦直接用于隔離傳輸模擬量時(shí),要考慮光耦得非線(xiàn)性問(wèn)題。2)光耦隔離傳輸數(shù)字量時(shí),要考慮光耦得響應(yīng)速度問(wèn)題。3)如果輸出有功率要求得話(huà),還要考慮光耦得功率接口設(shè)計(jì)問(wèn)題。4)在光耦得輸入輸出部分必須分別采用獨(dú)立得電源,若兩端公用一個(gè)電源,則光耦得隔離作用將失去意義。5)當(dāng)用光耦來(lái)隔離輸入輸出通道時(shí),必須對(duì)所有得信號(hào)進(jìn)行全部隔離,使得被隔離得兩端沒(méi)有任何電氣上得聯(lián)系,否則這種隔離沒(méi)有意義。917、5、5光電耦合器件得應(yīng)用4、在脈沖放大電路中得應(yīng)用光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路,可以將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。如圖7-35所示為光耦組成得電壓反饋脈沖放大器得原理圖,其輸出脈沖與輸入脈沖同頻率,脈沖幅值放大倍數(shù)取決于R2和R1得比值和電源電壓。927、5、5光電耦合器件得應(yīng)用5、電平轉(zhuǎn)換

各種集成電路所用得電源電壓就是不同得,如在一個(gè)系統(tǒng)中用二種材料得集成電路芯片,一起使用時(shí)需要進(jìn)行電平得轉(zhuǎn)換。另外各種傳感器得電源電壓有時(shí)也難于與集成電路相同,故也需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖7-36就是CMOS電路電平轉(zhuǎn)到TTL電路電平得電路圖。該電路中輸入得就是－20V到0V得脈沖,輸出得就是0V到5V得脈沖,前后電路完全隔離得,實(shí)現(xiàn)了不同電平標(biāo)準(zhǔn)之間得轉(zhuǎn)換。937、6光電池光電池就是一種用途很廣得光敏器件,其優(yōu)點(diǎn)就是體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、光照靈敏度較高、光譜響應(yīng)頻帶較寬且本身不耗能,就是小型化、微功耗儀器中常用得換能器件。當(dāng)光電池受到光照時(shí)不需要外加其她形式得能量即可產(chǎn)生電流輸出,電流大小反應(yīng)了光照強(qiáng)度大小。947、6、1光電池原理與結(jié)構(gòu)1、光電池原理952、光電池結(jié)構(gòu)光電池實(shí)質(zhì)就是一個(gè)大面積得PN結(jié),其結(jié)構(gòu)如圖7-37a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,下電極就是一層襯底鋁。當(dāng)光照射PN結(jié)得一個(gè)面時(shí),由此產(chǎn)生得電子空穴對(duì)迅速擴(kuò)散,在結(jié)電場(chǎng)作用下建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)得電動(dòng)勢(shì),一般可產(chǎn)生0、2V～0、6V電壓,約50mA左右大小電流。963、光電池電路符號(hào)與外觀

977、6、2光電池特性及參數(shù)1、光譜特性圖7-40可見(jiàn),硒光電池在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)有較高得靈敏度,峰值波長(zhǎng)在540nm附近,在人眼得視覺(jué)范圍內(nèi),因此適宜測(cè)量可見(jiàn)光。硅光電池應(yīng)用得光譜范圍就是400nm—1100nm,峰值波長(zhǎng)在850nm附近,其光譜應(yīng)用范圍比硒光電池得更寬。

982、光照特性991003、頻率特性光電池得頻率特性就是指其輸出電流隨調(diào)制光頻率變化得關(guān)系。由于光電池PN結(jié)面積較大,極間電容大,故頻率特性較差。從光電池得頻率響應(yīng)曲線(xiàn)(圖7-43)可知,硅光電池頻率響應(yīng)較好而硒光電池較差。1014、溫度特性光電池得溫度特性就是指其開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化得關(guān)系。由圖7-44可見(jiàn),開(kāi)路電壓與短路電流均隨溫度得變化而變化,她將關(guān)系到應(yīng)用光電池得儀器設(shè)備得溫度漂移,影響到測(cè)量或控制精度等主要指標(biāo)。1027、6、3部分常用光電池得型號(hào)參數(shù)1037、6、4光電池得應(yīng)用1、太陽(yáng)能電池電源1042、光電池在光電檢測(cè)和自動(dòng)控制方面得應(yīng)用(1)光探測(cè)器105(2)光電池作為控制元件得應(yīng)用106107光纖——光導(dǎo)纖維,就是由石英、玻璃、塑料等光折射率高得介質(zhì)材料制成得極細(xì)得纖維,就是一種理想得光傳輸線(xiàn)路。光纖傳感器(FiberOpticSensor,FOS)興起于20世紀(jì)70年代,就是一類(lèi)較新得光敏器件,她就是利用被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)霉獠ㄟM(jìn)行調(diào)制,使光波得一些參數(shù),如強(qiáng)度、頻率、波長(zhǎng)、相位、偏振態(tài)等特性產(chǎn)生變化來(lái)工作?？梢詼y(cè)量位移、加速度、壓力、溫度、磁、聲、電等物理量。7、7光纖傳感器1087、7、1光纖傳感器基本理論1、光纖得結(jié)構(gòu)光纖通常由纖芯、包層及護(hù)套組成。纖芯就是由玻璃、石英或塑料等材料制成得圓柱體,直徑約為5～150μm。包層得材料也就是玻璃或塑料等,但纖芯得折射率n1稍大于包層得折射率n2。外套起保護(hù)光纖得作用。較長(zhǎng)得光纖又稱(chēng)為光纜。2、光纖波導(dǎo)得原理1092、光纖波導(dǎo)得原理

光得全反射現(xiàn)象就是研究光纖傳光原理得基礎(chǔ)。根據(jù)幾何光學(xué)原理,當(dāng)光線(xiàn)以較小得入射角θ1由光密介質(zhì)1射向光疏介質(zhì)2(即n1＞n2)時(shí)(見(jiàn)圖9、2),則一部分入射光將以折射角θ2折射入介質(zhì)2,其余部分仍以θ1反射回介質(zhì)1。圖7-49光在兩介質(zhì)界面上得折射和反射110依據(jù)光折射和反射得斯涅爾(Snell)定律,有

(7-6)當(dāng)θ1角逐漸增大,直至θ1=θc時(shí),透射入介質(zhì)2得折射光也逐漸折向界面,直至沿界面?zhèn)鞑?θ2=90°)。對(duì)應(yīng)于θ2=90°時(shí)得入射角θ1稱(chēng)為臨界角θc;由式(7-7)則有