N41光電效應(yīng)和光電器.ppt

1、光電式傳感器,工作原理：把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號。,輻射源,光學(xué)通路,光電元件,光電式傳感器方框圖,光電效應(yīng) ？,物理學(xué)中認(rèn)為光是由分離的能團光子組成,波,粒子,能量：,所謂光電效應(yīng)是物體吸收能量為E的光后所產(chǎn)生電效應(yīng),根據(jù)愛因斯坦的假設(shè)，一個光子的能量只能給一個電子，因此，要使一個電子從物質(zhì)的表面逸出，光子的能量E必須大于該物質(zhì)表面的逸出功A0，即,4.1 光電效應(yīng)和光電器件,4.1.1 光電管 4.1.2 光敏電阻 4.1.3 光敏二極管和光敏晶體管 4.1.4 光電池 4.1.5 光電式傳感器的應(yīng)用,4.1.1 外光電效應(yīng)（光電發(fā)射型）,在光線作

2、用下使電子逸出物體表面的現(xiàn)象。 如光電管、光電倍增管,光電管,當(dāng)陰極受到適當(dāng)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，在光電管內(nèi)就有電子流，在外電路中便產(chǎn)生了電流。,真空光電管的伏安特性 充氣光電管的伏安特性,充氣光電管: 構(gòu)造和真空光電管基本相同，優(yōu)點是靈敏度高. 所不同的僅僅是在玻璃泡內(nèi)充以少量的惰性氣體 其靈敏度隨電壓變化的穩(wěn)定性、頻率特性等都比真空光電管差,4.1 光電效應(yīng)和光電器件,4.1.1 光電管 4.1.2 光敏電阻 4.1.3 光敏二極管和光敏晶體管 4.1.4 光電池 4.1.5 光電式傳感器的應(yīng)用,內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)型）,在光線作用下能使物體電阻率改變的現(xiàn)

3、象。 （1）光電導(dǎo)效應(yīng) （光敏電阻） （2）光生伏特效應(yīng) （光電池）,1. 光敏電阻的工作原理及結(jié)構(gòu),當(dāng)無光照時，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小 當(dāng)有光照時，光敏電阻值(亮電阻)急劇減少，電流迅速增加,光敏電阻的結(jié)構(gòu),1.玻璃 2.光電導(dǎo)層 3.電極 4.絕緣襯底 5.金屬殼 6.黑色絕緣玻璃 7.引線,光敏電阻的靈敏度易受潮濕的影響，因此要將光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝 在帶有玻璃的殼體中。,半導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層。光敏電阻的電極一般采用梳狀，可提高光敏電阻的靈敏度。,2光敏電阻的基本特性,（1）伏安特性 （2）光照特性 （3）光譜特性 （4）響應(yīng)時間和頻率特性

4、（5）溫度特性,（1）伏安特性,在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關(guān)系,在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大； 在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。 光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的， 耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。,（2）光照特性,光敏電阻的光電流與光強之間的關(guān)系,由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測量元件， 一般在自動控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號傳感元件。,（3）光譜特性,光敏電阻對不同波長的光，靈敏度是不同的,（4）響應(yīng)時間,光電導(dǎo)的弛豫現(xiàn)象：光電流的變化對于光的變化，在時間上有一個滯后。 通常用響應(yīng)時間t表示。

5、,光敏電阻的頻率特性,不同材料的光敏電阻具有不同的響應(yīng)時間，所以它們的頻率特性也就不盡相同。,（5）溫度特性,光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時，它的暗電阻和靈敏度都下降。（負(fù)）,硫化鎘光敏電阻的溫度特性,溫度系數(shù):,在一定光照下，溫度每變化1， 光敏電阻阻值的平均變化率,溫度對光譜特性影響,隨著溫度升高，光譜響應(yīng)峰值向短波方向移動。因此，采取降溫措施，可以提高光敏電阻對長波光的響應(yīng)。,硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性,4.1 光電效應(yīng)和光電器件,4.1.1 光電管 4.1.2 光敏電阻 4.1.3 光敏二極管和光敏晶體管 4.1.4 光電池 4.1.5 光電式傳感器的應(yīng)用,4.1.4 光敏二

6、極管和光敏晶體管,1 工作原理 2 基本特性,1 工作原理,結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，裝在透明玻璃外殼中 在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)的,光敏二極管,光敏晶體管,與一般晶體管很相似，具有兩個pn結(jié)。把光信號轉(zhuǎn)換為電信號同時，又將信號電流加以放大。,2 基本特性,（1）光譜特性 （2）伏安特性 （3）光照特性 （4）溫度特性 （5）頻率響應(yīng),（1）光譜特性,入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降,硅和鍺光敏二極（晶體）管的光譜特性,可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時，一般都用硅管。 在紅外光進行探測時，則鍺管較為適宜。,（2）伏安特性,硅光敏管的伏安特性,（3）光照特性,硅光敏管的光照特性,光敏二極管的光照

7、特性曲線的線性較好,（4）溫度特性,其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系,溫度變化對光電流影響很小，而對暗電流影響很大。,（5）頻率響應(yīng),具有一定頻率的調(diào)制光照射時，光敏管輸出的光電流(或負(fù)載上的電壓)隨頻率的變化關(guān)系,硅光敏晶體管的頻率響應(yīng),4.1 光電效應(yīng)和光電器件,4.1.1 光電管 4.1.2 光敏電阻 4.1.3 光敏二極管和光敏晶體管 4.1.4 光電池 4.1.5 光電式傳感器的應(yīng)用,阻擋層光電效應(yīng)（光生伏特效應(yīng)）,在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向的電動 勢的現(xiàn)象。如光電池、光敏晶體管等,光電池,有光線作用下實質(zhì)上就是電源，電路中有了這種器件就不再需要外加電源。 1. 工作原理 2基本特

8、性,1. 工作原理,直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，是一個大面積的pn結(jié)。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時，便在pn結(jié)的兩端產(chǎn)生電動勢(p區(qū)為正，n區(qū)為負(fù)) 。 用導(dǎo)線將pn結(jié)兩端用導(dǎo)線連接起來，就有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至n區(qū)。若將電路斷開，就可以測出光生電動勢。,2.穩(wěn)定性,當(dāng)光電池密封良好、電極引線可靠、應(yīng)用合理時，光電池的性能是相當(dāng)穩(wěn)定的 硅光電池的性能比硒光電池更穩(wěn)定 影響性能和壽命因素： 光電池的材料及制造工藝 使用環(huán)境條件,4.1 光電效應(yīng)和光電器件,4.1.1 光電管 4.1.2 光敏電阻 4.1.3 光敏二極管和光敏晶體管 4.14 光電池 4.1.5 光電式傳感器的應(yīng)用,4.1.6 光電式傳感器的應(yīng)用,模擬式傳感器 脈沖式傳感器,1. 模擬式光電傳感器,基于光電器件的光電流隨光通量而發(fā)生變化，是光通量的函數(shù) 。 對于光通量的任意一個選定值，對應(yīng)的光電流就有一個確定的值，而光通量又隨被測非電量的變化而變化，這樣光電流就成為被測非電量的函數(shù)。（光電比色高溫計）,2. 脈沖式