教案项目3光电传感器

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1、CompanyLOGO光电传感器光电器件光电器件外光电效应外光电效应在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。外发射的现象。外光电器件类型外光电器件类型光电管光电管光电倍增管光电倍增管光电管光电管光电管分真空光电管和充气光电管光电管分真空光电管和充气光电管惰性气体惰性气体光电管v主要用于：v分光光度计、 v 光电比色计等分析仪器 v 和各种自动装置 光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形。光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形。当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，在电当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，在电场作用下被阳极收集，形成光电流场

2、作用下被阳极收集，形成光电流I I，该电流及负，该电流及负载电阻载电阻R RL L上的电压将随光照的强弱而改变，达到把上的电压将随光照的强弱而改变，达到把光信号变化转换为电信号变化的目的。光信号变化转换为电信号变化的目的。光电倍增管光电倍增管K为阴极，为阴极，D1D4为二次发射体，称倍增极，为二次发射体，称倍增极，A为阳为阳极，一般阳极和阴极之间的电压为极，一般阳极和阴极之间的电压为10002500V，两相邻倍增极之间的电压为，两相邻倍增极之间的电压为50100V。阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的10105 510106 6倍。倍。内光电

3、效应内光电效应在光线作用下，物体的导电性能发生变化在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应。分为光电导效或产生光生电动势的效应。分为光电导效应和光生伏特效应。应和光生伏特效应。光敏电阻光敏电阻半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压，半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压，又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，急剧减小， 在玻璃底板上均匀的涂上一层薄薄的半导体物质，称为在玻璃底板上均匀的涂上一

4、层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。线端相连接，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。 我们选用的为内光电效应的传感器。我们选用的为内光电效应的传感器。名称名称图形图形光谱特性光谱特性工作方式工作方式光敏电阻光敏电阻可见光可见光电阻变化电阻变化光敏二极管光敏二极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化光敏三极管光敏三极管可见光可见光红外线红外线电流变化电流变化光敏电阻的主要参数光敏电阻的主要参数 暗电阻：暗电阻： 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在不受

5、光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。阻。此时流过的电流称为亮电流。 伏安特性伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光 敏电阻两端的电压的关系敏电阻两端的电压的关系 光敏电阻的基本特性光敏电阻的基本特性光照特性光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流光敏电阻的光照特性是描述光电流I I和光照强和光照强度之间的关系度之间的关系 光电流光电流 亮电流与暗电流之间的差值称为光电流。亮电流与暗电流之间的差值称

6、为光电流。 光谱特性光谱特性对应于不同波长，光敏电对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。谱响应曲线也不同。 硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度量测量（照度计）的探头。被用作光度量测量（照度计）的探头。 硫化铅光敏电阻响应与近红外和中红外区，常用做火硫化铅光敏电阻响应与近红外和中红外区，常用做火焰探测器的探头。焰探测器的探头。 光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏当光敏电阻受到光电阻受到光照时，照时，光生光生电子电子空穴空穴对增加，阻对增加，阻

7、值减小，电值减小，电流增大。流增大。暗暗电流（越小越好）电流（越小越好）白天，白天，Rg小小,VT2导通导通VT3截止，截止， VT4导通，晶闸管导通，晶闸管VS截止，截止，H灭；灭； 晚上，晚上，Rg大，大， VT2截止，截止，VT3由由VT1控制，待机，控制，待机，VT2失去对失去对VT3控制压电陶瓷片控制压电陶瓷片B接收声音触发信号，接收声音触发信号，VT3导通，导通，VT4截止，晶闸管截止，晶闸管VS导通，导通，H点亮；点亮； 同时同时D整流压降突然下降整流压降突然下降VT3保持低电压，保持保持低电压，保持VS通，通， H亮后，亮后，C3经电阻缓慢经电阻缓慢放电，直到不再维持放电，直到

8、不再维持VT4截止截止 光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管和光敏晶体管 光敏二极管光敏二极管装在透明的玻璃外壳中，装在透明的玻璃外壳中，其其PNPN结装在管的顶部，可以直接受到结装在管的顶部，可以直接受到光的照射。光敏二极管在电路中一般光的照射。光敏二极管在电路中一般是处于是处于反向工作状态反向工作状态，当没有光照射，当没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小。时，反向电阻很大，反向电流很小。 当光线照射在当光线照射在PNPN结上，结上，PNPN结附近产生光生结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在电子和光生空穴对，它们在PNPN结处的内电结处的内电场作用下做定向移动，形成光电流。场作用下做定向移

9、动，形成光电流。 光敏二极管在不受光照射时处于光敏二极管在不受光照射时处于截止截止状态状态，受光照射时处于，受光照射时处于导通状态导通状态。 光敏晶体管光敏晶体管与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大，与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引出以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引出线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子空穴空穴对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，使对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，使RCE急剧减小。急剧减小。 基本特性基本特性 在可见光或探测赤热状态物体时

10、，一般都用硅管。但对在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外线探测时，锗管较为适宜。红外线探测时，锗管较为适宜。光敏二极管的反向光敏二极管的反向偏置接法偏置接法 在没有光照时，由于二在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的当光照射在二极管的PNPN结结（又称耗尽层）上时，在（又称耗尽层）上时，在PNPN结附近产生的电子结附近产生的电子- -空穴空穴对数量也随之增加，光电对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流

11、与流也相应增大，光电流与照度成正比。照度成正比。 伏安特性伏安特性 当光照时，反向电流随着光照强度的增大当光照时，反向电流随着光照强度的增大而增大。而增大。频率特性频率特性 光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流（或相对灵敏度）随频率变化的关系。（或相对灵敏度）随频率变化的关系。 温度特性温度特性 光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光电流与温度的关系。电流与温度的关系。 光电池光电池 光电池的工作原理是基于光电池的工作原理是基于“光生伏特效应光生伏特效应”。它实质上。它实质上是一个大面积的是一个大面积的PNPN结，当光照