《光电传感器》PPT课件.pptx

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1、光电传感器光电传感器光电传感器是利用光敏元件将光信号光信号转换为电信号电信号的传感器。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光电传感器可用于检测直接引起光亮变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测。光电传感器主要有：光敏电阻光敏二极管光敏三极管光电管光电倍增管光电池红外线传感器紫外线传感器 一、光电效应一、光电效应光光电电效效应应是指物体吸收光能之后，由是指物体吸收光能之后，由该该物体中某些物体中某些电电子的能量而子的能量而产产生的生的电电效效应应。光光电电效效应应可分可分为为1 1、外光、外光电电效效应

2、应2 2、内内光光电电效效应应1 1、外光、外光电电效效应应 当当当当光光光光线线线线照射在金照射在金照射在金照射在金属属属属表面表面表面表面时时时时，金，金，金，金属属属属中有中有中有中有电电电电子逸出的子逸出的子逸出的子逸出的现现现现象，象，象，象，称称称称为为为为外光外光外光外光电电电电效效效效应应应应。根据根据根据根据该该该该效效效效应应应应原理工作的器件有光原理工作的器件有光原理工作的器件有光原理工作的器件有光电电电电管和光管和光管和光管和光电电电电倍增管。倍增管。倍增管。倍增管。2 2、内内光光电电效效应应 光照射在半光照射在半光照射在半光照射在半导导导导体材料体材料体材料体材料时

3、时时时，激，激，激，激发发发发出光生出光生出光生出光生电电电电子子子子空穴空穴空穴空穴对对对对，从从从从而使半而使半而使半而使半导导导导体材料体材料体材料体材料产产产产生生生生电电电电效效效效应应应应，称称称称为为为为内内内内光光光光电电电电效效效效应应应应。内内内内光光光光电电电电效效效效应应应应又分又分又分又分为为为为两种两种两种两种 1 1 1 1）光）光）光）光电导电导电导电导效效效效应应应应光照射使材料的光照射使材料的光照射使材料的光照射使材料的电电电电阻率阻率阻率阻率变变变变化的化的化的化的现现现现象。象。象。象。根据根据根据根据该该该该效效效效应应应应工作的器件有光敏工作的器件有

4、光敏工作的器件有光敏工作的器件有光敏电电电电阻和光敏二阻和光敏二阻和光敏二阻和光敏二极极极极管管管管与与与与三三三三极极极极管。管。管。管。2 2 2 2）光生伏特效）光生伏特效）光生伏特效）光生伏特效应应应应光照引起半光照引起半光照引起半光照引起半导导导导体体体体PNPNPNPN结结结结两两两两端端端端产产产产生生生生电动势电动势电动势电动势的的的的现现现现象。象。象。象。根据根据根据根据该该该该效效效效应应应应工作的光工作的光工作的光工作的光电电电电器件有光器件有光器件有光器件有光电电电电池。池。池。池。二、光敏电阻二、光敏电阻光敏电阻，又称为光导管，是一种特殊光敏电阻，又称为光导管，是一

5、种特殊的电阻，采用半导体材料制作，利用的电阻，采用半导体材料制作，利用光电导光电导效应效应工作的光电元件，当受到光照时，光生工作的光电元件，当受到光照时，光生电子电子空穴对增加，空穴对增加，阻值减小，电流增阻值减小，电流增大。大。光敏电阻的外形光敏电阻的外形光敏电阻的外形光敏电阻的外形优点：灵敏度高，工作电流大，光谱响应范围灵敏度高，工作电流大，光谱响应范围与所测光强范围宽、无极性使用方便。与所测光强范围宽、无极性使用方便。缺点：响应时间长、频率特性差、强光线性差、响应时间长、频率特性差、强光线性差、受温度影响大等。受温度影响大等。光敏电阻的特点光敏电阻的特点 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三

6、种光敏电根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器。阻器。1、紫外光敏电阻器。对紫外线较灵敏，用于探测紫、紫外光敏电阻器。对紫外线较灵敏，用于探测紫外线。外线。2、红外光敏电阻器。广泛用于导弹制导、天文探测、红外光敏电阻器。广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。科学研究和工农业生产中。3、可见光光敏电阻器。主要用于各种光电控制系统，、可见光光敏电阻器。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自

7、动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和置和位置检测器位置检测器,极薄零件的厚度检测器，照相机自动极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。面。光敏电阻的应用光敏电阻的应用光敏电阻的分类与用途光敏电阻的分类与用途三、光敏晶体管三、光敏晶体管光敏晶体光有光敏二极管和光敏三极光两种，它们都是根据光电导效应光电导效应工作的。与光敏电阻器相比，光敏晶体管具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。1、光敏二极管、光敏二极管 将光敏二

8、极管的将光敏二极管的PN 结设结设置在透明管壳顶部的正下方，置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的光照射到光敏二极管的PN结结时，电子时，电子-空穴对数量增加，空穴对数量增加，光电流与照度成正比。光电流与照度成正比。光敏二极管把光信号转换光敏二极管把光信号转换为电信号。为电信号。PNPN结相关知识结相关知识 采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导型半导体与体与N型半导体制作在同一块型半导体制作在同一块半导体半导体（通常是硅或锗）（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。结。PN结具有

9、单向导电性。表明正荷子与负荷子起作用结具有单向导电性。表明正荷子与负荷子起作用的特点。一块单晶半导体中的特点。一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时型半导体时，P 型半导体和型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。结。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的制成的 PN 结叫同质结结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的材料制成的PN结叫异质结。结叫异质结。在没有

10、光照时，由在没有光照时，由于二极管反向偏置，所于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射饱和漏电流。当光照射在二极管的在二极管的PNPN结（上时，结（上时，在在PNPN结附近产生的电子结附近产生的电子-空穴对数量也随之增空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。光电流与照度成正比。光敏二极管的反向偏置接法光敏二极管的反向偏置接法 2、光敏三极管、光敏三极管光敏三极管有两个光敏三极管有两个PNPN结。与普通三极管结。与普通三极管相似，有电流

11、增益，灵敏度比光敏二极管高。相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（负（c c、e e）两个引脚，所以其外型与光敏二）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。极管相似，从外观上很难区别。光敏三极管的外形光敏三极管的外形 光敏晶体管的应用1、光敏二极管的光照特性线性较好，适合做检测元件。2、光敏三极管在照度小时，光电流随照度增加而较小，且在大电流时有饱和现象，因此，光敏三极管不适于弱光或者强光的检测。应用于光纤通信、红外线遥控器、光电耦合器、控制伺服电机转速的检测、光电读出装置等场合。四、光耦合器四、

12、光耦合器光耦合器是以光为媒介传输电信号的一种转换器件，能够实现“电光电”的转换。它由发光源和受光器组成。常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管或者光敏三极管。光耦合器的应用光耦合器的应用光耦合器种类繁多，应用广泛，主要应用于逻辑电路、固体开关、触发电路、脉冲放大电路、线性电路及特殊场合。五、光电池五、光电池光电池是根据光生伏特效应光生伏特效应工作的。是一种自发式的光电元件，它受到光照射时能产生一定方向的电动势，只要接通外电路，便有电流通过。应用最广泛的是硅光电池。光电池的外形光电池的外形 光电池既可以作为电源，又可以作为光电检测器件，作为电源使用的光电池，主要是直接把太阳的辐射能转换为电

13、能，成为太阳电池。太阳电池不需要燃料，没有运动部件，也不排放气体，具有重量轻、性能稳定、光电转换率高、使用寿命长、不产生污染等优点，在航天技术、气象观测、工农业生产乃至人们的日常生活等方面都得到广泛的应用。太阳能发电太阳能发电光电池光电池在航天上在航天上的应用的应用六、光电管六、光电管 光电管基于外光电效应的基本光电转换器件。光电管可使光信号转换成电信号。光电管通畅用于自动控制、光度学测量和强度调制光的检测。如用于保安与警报系统、计数与分类装置等等。六、光电倍增管六、光电倍增管 光电倍增建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件，可以工作在紫外、可见和近红外区的光谱区。光电倍增管的类型光电倍增管的类型