第八章光電傳感器

1、8.1 光電傳感器的基本效應(yīng)光電傳感器的基本效應(yīng)8.2 外光電效應(yīng)光電器件外光電效應(yīng)光電器件8.3 光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件8.4 光電伏特效應(yīng)及光電元件光電伏特效應(yīng)及光電元件8.5 CCD圖像傳感器圖像傳感器8.6 應(yīng)用光路應(yīng)用光路第八章第八章 光電傳感器光電傳感器8.1 光電傳感器的基本效應(yīng)光電傳感器的基本效應(yīng)1、光電傳感器：、光電傳感器：被測量光量光電元件光電元件電量2、光與物質(zhì)作用三種效應(yīng)、光與物質(zhì)作用三種效應(yīng)光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：熱釋電效應(yīng)：熱釋電效應(yīng)：波動相互作用：波動相互作用：光子與電子作用光子與電子作用熱轉(zhuǎn)換成電熱轉(zhuǎn)換成電光電場感應(yīng)電信號光電場感應(yīng)電信號3、半導(dǎo)體

2、光電效應(yīng)、半導(dǎo)體光電效應(yīng)本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：Si、Ge滿滿 帶帶空 帶h 電子和空穴一樣多的半導(dǎo)體成為本征半導(dǎo)體電子和空穴一樣多的半導(dǎo)體成為本征半導(dǎo)體Eg=1.14eV1090nm4、外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)：內(nèi)光電效應(yīng)：電子吸收光子后不能躍出半導(dǎo)體電子吸收光子后不能躍出半導(dǎo)體如：光電導(dǎo)和光生伏特（太陽能電池）如：光電導(dǎo)和光生伏特（太陽能電池）外光電效應(yīng)：外光電效應(yīng)：電子吸收光子而逃逸出半導(dǎo)體表面電子吸收光子而逃逸出半導(dǎo)體表面如：光電倍增管、光電管如：光電倍增管、光電管8.2 外光電效應(yīng)光電器件外光電效應(yīng)光電器件1 1光電效應(yīng)光電效應(yīng)Ahumm2212、光電

3、倍增管、光電倍增管光子光電流i二次電子()電流 i陰極陰極陽極陽極電子加速電子加速激發(fā)二次電極系數(shù)激發(fā)二次電極系數(shù)()i=inUsc=iR = in R光電倍增管優(yōu)點和缺點光電倍增管優(yōu)點和缺點一般用于微弱光輸入、要求反映速度很快的場合一般用于微弱光輸入、要求反映速度很快的場合優(yōu)點：放大倍數(shù)很高線性好頻率特性好缺點：體積大高壓：數(shù)百伏至1 kV的直流電壓供電光譜分析設(shè)備光譜分析設(shè)備, 接收設(shè)備：光電倍增管接收設(shè)備：光電倍增管/CCD8.3 光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件光電導(dǎo)效應(yīng)及光電元件滿滿 帶帶空 帶h Eg=1.14eV1090nm光照后電導(dǎo)率（電阻）發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電光照后電導(dǎo)率（電阻）發(fā)生

4、變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象；光電導(dǎo)器件常稱為光敏電阻。導(dǎo)現(xiàn)象；光電導(dǎo)器件常稱為光敏電阻。光敏電阻電阻光照關(guān)系：光敏電阻電阻光照關(guān)系：暗電阻值很大暗電阻值很大大多數(shù)超過大多數(shù)超過1M歐姆歐姆一、光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理一、光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理1、分類：、分類：紫外光敏電阻：紫外光敏電阻：紅外光敏電阻：紅外光敏電阻：可見光光敏電阻可見光光敏電阻：硫化鎘（硫化鎘（CdS）及硒化鎘（）及硒化鎘（CdSe）硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛、銻化銦等硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛、銻化銦等用于：導(dǎo)彈制導(dǎo)，人體探測等用于：導(dǎo)彈制導(dǎo)，人體探測等硒、硒、 砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅等砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅等 可用于：照相機自動曝光、煙霧

5、報警可用于：照相機自動曝光、煙霧報警2、結(jié)構(gòu)與表示符號、結(jié)構(gòu)與表示符號光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻結(jié)構(gòu)三、光敏電阻特性三、光敏電阻特性1、暗電阻、亮電阻和光電流、暗電阻、亮電阻和光電流光敏電阻未受光照時光敏電阻未受光照時的電阻稱為的電阻稱為暗電阻暗電阻，此時電流稱為暗電流；此時電流稱為暗電流；（兆歐量級兆歐量級）光敏電阻受到光照時光敏電阻受到光照時的電阻稱為的電阻稱為亮電阻亮電阻，此時電流稱為亮電流。此時電流稱為亮電流。 （千歐量級千歐量級）2、光敏電阻的伏安特性、光敏電阻的伏安特性3、光敏電阻的光照特性、光敏電阻的光照特性4.光敏電阻的光譜特性光敏電阻的光譜特性對不同波長的光，光敏電阻的靈敏度不一樣

6、對不同波長的光，光敏電阻的靈敏度不一樣5.光敏電阻的溫度特性光敏電阻的溫度特性硫化鉛的光敏溫度特性曲線硫化鉛的光敏溫度特性曲線峰值隨著溫度升高而想短波長移動峰值隨著溫度升高而想短波長移動8.4 光電伏特效應(yīng)及光電元件光電伏特效應(yīng)及光電元件一、光電二極管光電二極管(a) 結(jié)構(gòu)原理；（b） 外形；(c) 電路符號體積小、頻率特性好、但弱光下靈敏度低體積小、頻率特性好、但弱光下靈敏度低光電二極管二、光電池二、光電池l光電池是有源器件光電池是有源器件,這種這種器件受到光照時就產(chǎn)生一器件受到光照時就產(chǎn)生一定方向的電動勢定方向的電動勢,不需要外部電源供電。不需要外部電源供電。l硒光電池、氧化亞銅光電池、硫

7、化鉈光電池、硫硒光電池、氧化亞銅光電池、硫化鉈光電池、硫化鎘光電池、鍺光電池、化鎘光電池、鍺光電池、硅光電池、硅光電池、砷化鎵光電砷化鎵光電池等池等1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)接到外電路中可以直接產(chǎn)生電流，不需電源接到外電路中可以直接產(chǎn)生電流，不需電源硅光電池硅光電池2、光電池的特性、光電池的特性1）光譜響應(yīng)特性）光譜響應(yīng)特性硅光電池：峰值硅光電池：峰值800nm, 范圍：范圍：450nm1100nm硒光電池：峰值硒光電池：峰值540nm, 范圍：范圍：340nm750nm2）光電池的光照特性）光電池的光照特性A短路電流短路電流V開路電壓開路電壓電流源電流源電流源？電壓源電流源？電壓源3）光電池的動態(tài)特性（

8、頻率特性）光電池的動態(tài)特性（頻率特性）硅光電池硅光電池可用于高可用于高速計數(shù)速計數(shù)斬波頻率斬波頻率4）光電池的溫度特性：溫度漂移）光電池的溫度特性：溫度漂移8.5 CCD圖像傳感器圖像傳感器CCD：電荷耦合器件（電荷耦合器件（Charge Coupled Device）MOS： 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體半導(dǎo)體（100nm）MOS電容電容電子電子“勢阱勢阱” 電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移CCD 單色相機單色相機CCD彩色相機基于三棱鏡的彩色相機基于三棱鏡的彩色相機基于拜耳濾光片的相機8.6 常用光路常用光路被測量光量光電元件光電元件電量1、光電傳感器：、光電傳感器：2、反射式：、反射式：反射法測量原理 檢測表面粗糙度和缺陷檢測表面粗糙度和缺陷2、透射式、透射式透射法測量原理測量孔徑和狹縫寬度測量孔徑和狹縫寬度總總 結(jié)結(jié)外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光電效應(yīng)外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光電效應(yīng)光電倍增管光電倍增管光敏電阻光敏電阻光電二極管光電二極管光電池光電池CCD作業(yè)：作業(yè)：1、推導(dǎo)此電路的放大倍數(shù)（詳細(xì)過程）2、當(dāng)通過霍爾元件的控制電流大小為100mA，靈敏度系數(shù)為20Vm2/(AWb)， 輸出U0為200mV，求磁場大小。mVUUU540/031IBKUHH)(105 . 21010020105333TIKUBHH 霍爾傳感器輸出電勢霍爾傳感器輸出電勢放大倍數(shù)為