光電管激光測距薄膜測量等解析

三、幾種光電變換結(jié)構(gòu)形式（1）反射式此反射式能檢測表面粗糙程度、表面缺陷、外觀質(zhì)量、測量轉(zhuǎn)速等。這種光反射式檢測原理，除上述應用外，還可以進行光電測距、激光制導、直至電視攝像等。（2）透射式（3）輻射式（4）遮擋式（5）干涉式具體請看下面實例：二、光電脈沖測距1.光電脈沖測距原理圖脈沖激光發(fā)生器光電器件放大器整形晶體振蕩器倍頻器及分頻器計數(shù)顯示電路門控雙穩(wěn)觸發(fā)器回波B信號

使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)控制計數(shù)器閘門閘門時間間隔測量儀A輸入電路B輸入電路被測目標參考信號取樣回波主波S首先開啟復原開關S，給出復原信號參考A信號使觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)無效使計數(shù)器停止計數(shù)（1）反射式（2）透射式（3）輻射式

（4）遮擋式X（5）干涉式①②②②②②②四、光電器件1．光電管（1）結(jié)構(gòu)光電陰極有的是帖附在玻璃泡內(nèi)壁，有的是涂在半圓筒形的金屬片上。陰極對光敏感的一面是內(nèi)向的。在陰極前裝有單根金屬絲或環(huán)狀的陽極。光電陽極真空玻璃泡光電陰極光電陽極光電陰極（２）原理當陰極受到適當波長的光線照射時便發(fā)射電子，電子被帶正電位的陽極所吸引，這樣在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流（３）伏安特性曲線當光通量一定時，陽極電壓與陽極電流的關系，叫做光電管的伏安特性曲線真空光電管的伏安特性光電管的工作點應選在光電流與陽極電壓無關的區(qū)域內(nèi)光通量陽極電壓陽極電流充氣光電管構(gòu)造與真空光電管基本相同。不同之處在于在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體。如氬、氦。當光電極被光照射而發(fā)射電子時，光電子在趨向陽極的途中撞擊惰性氣體的原子，使其電離而使陽極電流急速增加。優(yōu)點：靈敏度高缺點：但靈敏度隨電壓顯著變化的穩(wěn)定性，頻率特性都比真空管差。陽極電流陽極電壓2．光電倍增管構(gòu)成：光電倍增管由一個光電陰極、若干個倍增極和陽極所構(gòu)成。D1D2D3D4D11ＡK原理：當光線照射光電陰極Ｋ時，陰極發(fā)射出一些光電子，這些光電子首先打在第一倍增極Ｄ1上，由于Ｄ1電位高于Ｋ，光電子轟擊Ｄ1時的動能相當大，因此Ｄ1發(fā)射的二次電子數(shù)比光電子數(shù)多幾倍。第一倍增極發(fā)射的二次電子打到電位比Ｄ1高的第二倍增極Ｄ2上，Ｄ2發(fā)射的二次電子數(shù)增大幾倍，這樣逐級下去，最后一個倍增極所發(fā)射的二次電子數(shù)比從陰極Ｋ發(fā)射的光電子數(shù)增加幾個數(shù)量級。如11個倍增極的光電子管Ｄ11發(fā)射的二次電子數(shù)約為光電子數(shù)的105～106倍。最后一個倍增極所發(fā)射的二次電子被陽極Ａ收集，形成信號電流。應用：應用于微弱光照的場合。是一種將微弱信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換器件。光電倍增管電路原理KAR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10RaD1D2D3D4D5D6D7D8D9CC1C2C3-UbbUaIa3.光敏電阻（光電導器件或光導管）

（１）光敏電阻的工作原理是用光電導體制成的光電器件，它是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻無極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可加交流電壓。光敏電阻的工作原理：光照時，電阻很?。粺o光照時，電阻很大。光照越強，電阻越??；光照停止，電阻又恢復原值。光照光敏電阻構(gòu)成（結(jié)構(gòu)）在堅固的金屬外殼上安置絕緣陶瓷基板，基板上蒸鍍或燒結(jié)上CdS(硫化鎘）光電導體材料，為了增大受光面積，將光電導做成柵狀。靈敏度：靈敏度很高光譜響應范圍：從紫外區(qū)——到紅外區(qū)域，而且，體積小，性能穩(wěn)定，價格較低。幾種典型光敏電阻①ＣｄＳ光敏電阻在可見光波段內(nèi)靈敏度最高。峰值波長５２０ｎｍ。主要應用于照相機的曝光表和電子快門。在光檢測中可作為光橋、光位計、光檢測器件中使用。②ＰｂＳ（硫化鉛）光敏電阻：在近紅外波段最靈敏。光譜響應范圍１～３.５μｍ，峰值波長２.４μｍ③ＩｎＳｂ（銻化銦）光敏電阻使用范圍：３～５μｍ光譜,在室溫工作長波限可達７.５μｍ，峰值波長６μｍ。④ＨｇＣｄＴｅ系列器件是目前性能最優(yōu)良最有前途的光電導探測器，尤其是對８－４μｍ大氣窗口波段的探測更為重要。常用探測器波長范圍：８～１４μｍ３～５μｍ１～３μｍ光敏電阻的主要參數(shù)和基本特性（１）光電流：光敏電阻不受光照射時的阻值稱為“暗電阻”，此時流過的電流稱為“暗電流”。光敏電阻在受光照射時的阻值稱為“亮電流”，此時電流稱為“亮電流”。光電流＝亮電流－暗電流對于光敏電阻希望:

暗阻愈大愈好亮阻越小越好實際光敏電阻暗阻值一般兆歐數(shù)量級亮阻值一般在幾千歐以下（２）光敏電阻的伏安特性在光敏電阻兩端加電壓與電流的關系曲線，稱為光敏電阻的伏安特性。曲線知：

i）所加電壓Ｕ越高，光電流Ｉ也越大，而且無飽和現(xiàn)象。

ii）在給定的光照下，Ｕ－Ｉ曲線是一直線，說明電阻值與外加電壓無關。

iii）在給定的電壓下，光電流的數(shù)值將隨光照的增強而增加。（３）光照特性光電流Ｉ和光通量Ｆ的關系曲線，稱光照特性。不同的光敏電阻的光照特性是不同的。但在大多數(shù)情況下，曲線的形狀類似。缺點:光照特性是非線性的，不適宜做成線性的敏感器件。只做開關量的光電傳感器。U(V)I(mA)100lx無光照伏安特性光照特性I(mA)F(ｌｍ)光通量④光譜特性光敏電阻對不同波長的入射光，其相對靈敏度不同。各種不同材料的光譜特性曲線相同。因為不同材料的峰值不同，所以在焊光敏電阻時，就應當把元件和光源結(jié)合起來考慮。⑤頻率特性對于不同材料光敏電阻的頻率特性不一樣。相對靈敏度Ｋｒ與光強度變化、頻率ｆ間的關系曲線。⑥光譜溫度特性光敏電阻的光學與電學性質(zhì)受溫度的影響較大，隨溫度升高，它的暗阻、Ｋｒ都下降。同時溫度的變化也影響光譜特性。峰值隨溫度上升向短波方向移動。４．光敏二極管和光敏三極管光敏二極管和光敏三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理光敏二極管①結(jié)構(gòu)：光敏二極管結(jié)構(gòu)和一般二極管結(jié)構(gòu)相似，它的ＰＮ結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射。該二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)。②符號③特點：i）在無光照射時，反向電阻很大，反向電流很小，這反向電流也叫暗電流。ii）當光照射光敏二極管時，光子打在ＰＮ結(jié)附近，使ＰＮ結(jié)附近產(chǎn)生光生電子－空穴時，它們在ＰＮ結(jié)處的內(nèi)電場的作用下，作定向運動，形成光電流。iii）光的照度越大，光電流越大（即Ｅ↗——Ｉ↗）iv）在不受光照射時，光敏二極管處于截止狀態(tài)，受光照射時，處于導通狀態(tài)。PNｍA光敏三極管

ＰＮＰＮＰＮ兩種類型①符號：②結(jié)構(gòu)：與一般三極管很相似。③工作原理：（基極－集電極作為受光結(jié)）當光照射到ＰＮ結(jié)附近，使ＰＮ結(jié)附近產(chǎn)生光生電子－空穴對，它們在ＰＮ結(jié)處于內(nèi)電場的作用下，做定向運動形成光電流。因此，ＰＮ結(jié)的反向電流大大增加，由于光照射集電結(jié)，產(chǎn)生的光電流相當于三極管的基極電流，因此集電極電流是光電流的β倍。因此，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度.PNPeNPNbcceb光光光敏晶體管的基本特性（1）光敏晶體管的光譜特性指相對靈敏度與波長之間的關系曲線

i）硅管峰值波長0.9μm左右鍺管峰值波長1.5μm左右

ii）鍺管暗電流>硅管，鍺管性比較差λ(μm)Kr(%)0.851.5硅鍺（2）伏安特性（以鍺光敏晶體管為例）光敏晶體管在不同照度Ee下的伏安特性：①對于一般晶體管在不同的基極電流時輸出特性不同②在不同照度下光敏晶體管的輸出特性也不同。③只要將入射光在發(fā)射極－基極之間的ＰＮ結(jié)附近所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏晶體管看作一般的晶體管。（3）光照特性（輸出電流與照度之間的關系曲線）輸出電流與照度近似視為線性關系。（4）溫度特性（溫度對暗電流及輸出電流的關系）由曲線知：①溫度變化對輸出電流影響較小。②暗電流隨溫度變化比很大，所以在應用時在線路上采取措施進行溫度補償。（5）光敏晶體管的時間常數(shù)從實驗表明，光敏晶體管可以看成一個非周期環(huán)節(jié)。一般鍺管的時間常數(shù)約為，硅管的時間常數(shù)約為當檢測系統(tǒng)要求快速時，需選擇時間常數(shù)較小的光敏晶體管。五．光電池光電池的種類很多，如有硅、硒、硫化鎘、氧化亞銅、砷化鎵光電池等。其中最受重視的是硅光電池，因為它有一系列優(yōu)點：性能穩(wěn)定、光譜范圍寬、頻率特性好、換能效率高、能耐高溫耐輻射、具有低噪聲等。硒光電池比硅光電池廉價，它的光譜峰值位置在人的視覺范圍內(nèi)，因而應用于不少測量儀器上。１．工作原理（指硅）（光生電動勢的形成）①hγ＞Ｅｇ（禁帶寬度），Ｐ區(qū)每吸收一個光子，便產(chǎn)生一個自由電子－空穴隊，吸收越多hγ，產(chǎn)生越多自由電子－空穴隊。自由電子在它復合之前到達ＰＮ結(jié)過渡區(qū)，就相當于在結(jié)電場作用下正好將電子推向Ｎ型區(qū)。這樣，電子－空穴對就被結(jié)電場分離開來。從而使Ｐ區(qū)帶陽電，Ｎ取帶陰電。形成光生電動勢。ＰＮ+++++++++++++----------------------

參量

數(shù)值型號開路電壓（mv）短路電流（mA）輸出電流（mA）轉(zhuǎn)換效率（0/0）面積（mm2）IRC11450~6002－４>6205*5IRC21450~6004－8>65*5IRC31450~6009－156.5－8.56－85*10IRC32450~6009－158.6－11.38－105*10IRC33450~60012－1511.4－1510－125*10IRC34450~60012－1515－17.512以上5*10IRC41450~60018－3017.6－22.56－810*10IRC42500~60018－3022.5－278－1010*10IRC43550~60023－3027－3010－1210*10IRC44550~60027－3027－3512以上10*10IRC51450~60036－6035－456－810*20IRC52500~60036－6045－548－1010*20IRC53550~60045－6054－6010－1210*20IRC54550~60054－6054－6012以上10*20IRC61450~60040－6530－406－8φ17IRC62500~60040－6540－518－10φ17IRC63550~60051－6551－6110－12φ17IRC64550~60061－6561－6512以上φ17IRC76450~60072－12054－120>620*20IRC81450~60088－14066－856－8φ25IRC82500~60088－14086－1108－10φ25IRC83550~600110－140110－13210－12φ25IRC84550~600132－140132－14012以上φ25IRC91450~60018－3013.5－40>65*20IRC101450~600173－188130－288>6φ35〔注〕①測試條件：在室溫30℃下，入射輻照度,Ee=100mw/cm2，輸出