第6章-光电传感器ppt课件.ppt

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第六章第六章 光电传感器光电传感器目的要求：通过学习要求掌握光电传感器的基本原理，目的要求：通过学习要求掌握光电传感器的基本原理，学会选用方法和技巧，能用其组成测量系统。学会选用方法和技巧，能用其组成测量系统。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用本章主要讲述的内容：本章主要讲述的内容：光电效应及光电元件光电效应及光电元件光的产生和常见光源光的产生和常见光源光电传感器的类型及

2、应用光电传感器的类型及应用CCD图像传感器概述图像传感器概述电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）CCD的主要特性的主要特性CCD应用举例应用举例经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光电传感器以光电效应为基础，是一种将光信号转换为光电传感器以光电效应为基础，是一种将光信号转换为电信号的传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件电信号的传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将

3、光信号转换成电信号。后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制系统中应用非常广泛。光电式传感器在检测和控制系统中应用非常广泛。1.概述概述经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用发展

4、史：发展史：光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到光电传感器是一种小型电子设备，它可以检测出其接收到的光强的变化。的光强的变化。早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆早期的用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接柱形设备，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器输出电缆接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个收器输出电缆接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯作为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天小的白炽灯作为光源。这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。光电传感器的雏形。

5、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用LED（发光二极管）最早出现在（发光二极管）最早出现在19世纪世纪60年代，现在可年代，现在可以经常在电气和电子设备上看到这些二极管作为指示灯来用。以经常在电气和电子设备上看到这些二极管作为指示灯来用。LED就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，就是一种半导体元件，其电气性能与普通二极管相同，不同之处在于当给不同之处在于当给LED通电流时，它会发光。由于通电流时，它会发光。由于LED是固是固态的，所以能延长传感器的使用寿命。使用态的，所以能延长传感器的使用

6、寿命。使用LED的光电传感的光电传感器能做得很小，且比白炽灯传感器可靠。器能做得很小，且比白炽灯传感器可靠。LED抗震动抗冲击抗震动抗冲击能力强，并且没有灯丝。能力强，并且没有灯丝。LED所发出的光能只相当于同尺寸所发出的光能只相当于同尺寸白炽灯所产生光能的一部分。（激光二极管除外，它与普通白炽灯所产生光能的一部分。（激光二极管除外，它与普通LED的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检的原理相同，但能产生几倍的光能，并能达到更远的检测距离）。测距离）。LED能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见能发射人眼看不到的红外光，也能发射可见的绿光、黄光、红光、蓝光、蓝绿光或白光。的绿光、黄光

7、、红光、蓝光、蓝绿光或白光。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1970年，人们发现年，人们发现LED还有一个比寿命长更好的优点，还有一个比寿命长更好的优点，就是它能够以非常快的速度来开关，开关速度可达到就是它能够以非常快的速度来开关，开关速度可达到KHz。将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就将接收器的放大器调制到发射器的调制频率，那么它就只能对以此频率振动的光信号进行放大。只能对以此频率振动的光信号进行放大。我们可以将光波的调制比喻成无线电波的传送和接收。我们可以将光波的调制比喻成无线电

8、波的传送和接收。将收音机调到某台，就可以忽略其他的无线电波信号。经过将收音机调到某台，就可以忽略其他的无线电波信号。经过调制的调制的LED发射器就类似于无线电波发射器，其接收器就相发射器就类似于无线电波发射器，其接收器就相当于收音机。当于收音机。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么它如果一个金属发射出的光比周围的光强很多的话，那么它就可以被周围光源接收器可靠检测到。红外光就可以被周围光源接收器可靠检测到。红外光LED是效率最高是效率最高的光束，同时也是在

9、光谱上与光电三极管最匹配的光束。但是的光束，同时也是在光谱上与光电三极管最匹配的光束。但是有些传感器需要用来区分颜色（如色标检测），这就需要用可有些传感器需要用来区分颜色（如色标检测），这就需要用可见光源。见光源。安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况下，我们可安装空间非常有限或使用环境非常恶劣的情况下，我们可以考虑使用光纤。光纤与传感器配套使用，是无源元件，另外，以考虑使用光纤。光纤与传感器配套使用，是无源元件，另外，光纤不受任何电磁信号的干扰，并且能使传感器的电子元件与光纤不受任何电磁信号的干扰，并且能使传感器的电子元件与其他电的干扰相隔离。其他电的干扰相隔离。光纤有一根塑料光芯或玻璃光

10、芯，光芯外面包一层金属外光纤有一根塑料光芯或玻璃光芯，光芯外面包一层金属外皮。这层金属外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照皮。这层金属外皮的密度比光芯要低，因而折射率低。光束照在这两种材料的边界处（入射角在一定范围内），被全部反射在这两种材料的边界处（入射角在一定范围内），被全部反射回来。根据光学原理，所有光束都可以由光纤来传输。回来。根据光学原理，所有光束都可以由光纤来传输。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根据爱因斯坦光子假设学说，光可以看作是一串具有一定根据爱因斯坦光子假设学说，光可以看

11、作是一串具有一定能量的运动着的粒子流，而这些光粒子称为光子。每个光子所能量的运动着的粒子流，而这些光粒子称为光子。每个光子所具有的能量等于普朗克常数具有的能量等于普朗克常数h乘以频率乘以频率。由于光子的能量与。由于光子的能量与其频率成正比，故光的频率越高，其光子能量也越大。其频率成正比，故光的频率越高，其光子能量也越大。当光线照射到某一物体上，可以看作是此物体受到一串能当光线照射到某一物体上，可以看作是此物体受到一串能量为量为hh的光子的不断轰击，物体由于吸收能量为的光子的不断轰击，物体由于吸收能量为hh的光子后的光子后所产生的电效应即称为光电效应。光线照射到物体上所产生的所产生的电效应即称为

12、光电效应。光线照射到物体上所产生的光电效应通常可以分为外光电效应（也称光电发射）、光电导光电效应通常可以分为外光电效应（也称光电发射）、光电导效应和光伏特效应三类。根据光电效应的不同可以制成不同的效应和光伏特效应三类。根据光电效应的不同可以制成不同的光电元件。光电元件。2.光电效应及光电元件光电效应及光电元件经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光电效应的分类：光电效应的分类：（1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元

13、件有光电管、光电倍增光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。管等。（2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶光电效应。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。体管等。（3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消

14、费者购买商品的价款或接受服务的费用当入射光照射在阴极上时，阴极受到光子轰击时，由于当入射光照射在阴极上时，阴极受到光子轰击时，由于一个光子的能量只能传给一个电子，因此，单个光子就把它一个光子的能量只能传给一个电子，因此，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，从而使自由电子的能量增加电子的能量增加hv。当自由电子获得的能量大于阴极材料的。当自由电子获得的能量大于阴极材料的逸出功逸出功A时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子时，它就可以克服金属表面束缚而逸出，形成电子发射，这种电子称为光电子。光电子逸出金属表面后的初始发射

15、，这种电子称为光电子。光电子逸出金属表面后的初始动能为动能为(12)mv2。根据能量守恒定律可知：。根据能量守恒定律可知：该式称为爱因斯坦光电效应方程。该式称为爱因斯坦光电效应方程。2.1 外光电效应外光电效应经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用结论：（结论：（1）当光子能量）当光子能量hv大于逸出功大于逸出功A时，才能发射出时，才能发射出光电子，即才能产生光电效应；当光子能量光电子，即才能产生光电效应；当光子能量hv小于逸出功小于逸出功A时，物体不能发射出光电子，也就不能产生光电效应；当光时，物体不

16、能发射出光电子，也就不能产生光电效应；当光电子能量电子能量hv恰好等于逸出功恰好等于逸出功A时，光电子获得的初速度时，光电子获得的初速度v=0，此时光电子相应的单色光频率为此时光电子相应的单色光频率为v0，且有：，且有：hv0=A，v0为该物为该物体产生光电效应的最低频率，称为红限频率。体产生光电效应的最低频率，称为红限频率。（2）光电子的初动能取决于入射光的频率）光电子的初动能取决于入射光的频率v。因为对于。因为对于某种物质而言，其电子的逸出功是一定的。入射光频率某种物质而言，其电子的逸出功是一定的。入射光频率v越高，越高，则电子吸收的能量则电子吸收的能量hv越大，即电子的初动能越大。电子的

17、初越大，即电子的初动能越大。电子的初动能与频率成正比。动能与频率成正比。（3）因为一个光子能量只能传给一个电子，所以电子）因为一个光子能量只能传给一个电子，所以电子吸收能量不需要积累能量的时间，在光一照到物体上，就立吸收能量不需要积累能量的时间，在光一照到物体上，就立即有光电子发出，据测该时间不超过即有光电子发出，据测该时间不超过10-9s。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根据外光电效应制成的光电元件类型很多，主要有光电根据外光电效应制成的光电元件类型很多，主要有光电管、光电倍增管等。管、光电倍增

18、管等。（1）光电管）光电管光电管是利用外光电效应制成的光电元件，其外形和结光电管是利用外光电效应制成的光电元件，其外形和结构如图所示，半圆筒形金属片制成的阴极构如图所示，半圆筒形金属片制成的阴极K和位于阴极轴心的和位于阴极轴心的金属丝制成的阳极金属丝制成的阳极A封装在抽成真空的玻壳内。封装在抽成真空的玻壳内。光电管结构示意图和测量电路经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光电管有多种类型，最典型的是真空光电管。正常工作光电管有多种类型，最典型的是真空光电管。正常工作时，阳极电位高于阴极。在入射光频率大于

19、时，阳极电位高于阴极。在入射光频率大于“红限红限”的前提的前提下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，下，从阴极表面逸出的光电子被具有正电位的阳极所吸引，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，在光电管内形成空间电子流，称为光电流。此时若光强增大，轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增轰击阴极的光子数增多，单位时间内发射的光电子数也就增多，光电流变大。电流多，光电流变大。电流I和电阻只和电阻只RL上的电压降上的电压降U0就和光强就和光强成一定函数关系，从而实现光电转换。成一定函数关系，从而实现光电转换。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的

20、要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用阴极材料不同的光电管，具有不同的红限频率，因此适阴极材料不同的光电管，具有不同的红限频率，因此适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于红限，用于不同的光谱范围。此外，即使入射光的频率大于红限，并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还会随入射光并保持其强度不变，但阴极发射的光电子数量还会随入射光频率的变化而改变，即同一种光电管对不同频率的入射光灵频率的变化而改变，即同一种光电管对不同频率的入射光灵敏度并不相同。光电管的这种光谱特性，要求人们应当根据敏度并不相同。光电管的这种光谱特性，要求人们应当根据检测对象是

21、紫外光、可见光还是红外光去选择阴极材料不同检测对象是紫外光、可见光还是红外光去选择阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏度。的光电管，以便获得满意的灵敏度。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）光电倍增管）光电倍增管由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大由于真空光电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。光电流能力的光电倍增管。光电倍增管主要由光阴极光电倍增管主要由光阴极K、倍增极、倍增极D和阳极和阳极A组成，并组成，并根据要求采用不同性能的玻璃壳进行真空封装。依据

22、分装方根据要求采用不同性能的玻璃壳进行真空封装。依据分装方法，可分成端窗式和侧窗式两大类。端窗式光电倍增管的阴法，可分成端窗式和侧窗式两大类。端窗式光电倍增管的阴极通常为透射式阴极，通过管壳的端面接受入射光。侧窗式极通常为透射式阴极，通过管壳的端面接受入射光。侧窗式阴极则是通过管壳的侧面接收入射光，它的阴极通常为反射阴极则是通过管壳的侧面接收入射光，它的阴极通常为反射式阴极。式阴极。D1D2D3D4D5D6AKU0IRL光电倍增管结构示意图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光阴极的量子效率是一个重要

23、的参数。波长为光阴极的量子效率是一个重要的参数。波长为的光辐射的光辐射入射到光阴极时，一个入射光子产生的光电子数，定义为光阴入射到光阴极时，一个入射光子产生的光电子数，定义为光阴极的量子效率。极的量子效率。光阴极接负高压，各倍增极的加速电压由直流高压电源经光阴极接负高压，各倍增极的加速电压由直流高压电源经分压电阻分压供给，灵敏检流计或负载电阻接在阳极分压电阻分压供给，灵敏检流计或负载电阻接在阳极A处，当处，当有光子入射到光阴极有光子入射到光阴极K上，只要光子的能量大于光阴极材料的上，只要光子的能量大于光阴极材料的逸出功，就会有电子从阴极的表面逸出而成为光电子。逸出功，就会有电子从阴极的表面逸出

24、而成为光电子。在在K和和D1之间的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍之间的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍增极增极D1，从而使，从而使D1产生二次电子发射。每一个电子的轰击约可产生二次电子发射。每一个电子的轰击约可产生产生35个二次电子，这样就实现了电子数目的放大。个二次电子，这样就实现了电子数目的放大。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用D1产生的二次电子被产生的二次电子被D2和和D1之间的电场加速后轰击之间的电场加速后轰击D2，。这样的过程一直持续到最后一级倍增极。这样的过程一直持续到最后一

25、级倍增极Dn，每经过一，每经过一级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有813个，个，最后一级倍增极最后一级倍增极Dn发射的二次电子被阳极发射的二次电子被阳极A收集。若倍增电极收集。若倍增电极有有n级，各级的倍增率为级，各级的倍增率为，则光电倍增管的倍增率可以认为，则光电倍增管的倍增率可以认为是是n，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多范围内具有良好的线性关系。光电倍

26、增管的这个特点，使它多用于微光测量。若将灵敏检流计串接在阳极回路中，则可直接用于微光测量。若将灵敏检流计串接在阳极回路中，则可直接测量阳极输出电流。若在阳极串接电阻测量阳极输出电流。若在阳极串接电阻RL作为负载，则可测作为负载，则可测量量RL两端的电压，此电压正比于阳极电流。两端的电压，此电压正比于阳极电流。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用与测量有关的两个参数：与测量有关的两个参数：（1）暗电流）暗电流光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极光电倍增管接上工作电压后，在没有光照的情况下阳极

27、仍会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。光电倍仍会有一个很小的电流输出，此电流即称为暗电流。光电倍增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部分增管在工作时，其阳极输出电流由暗电流和信号电流两部分组成。当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，但是组成。当信号电流比较大时，暗电流的影响可以忽略，但是当光信号非常弱，以至于阳极信号电流很小甚至和暗电流在当光信号非常弱，以至于阳极信号电流很小甚至和暗电流在同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的准确性。同一数量级时，暗电流将严重影响对光信号测量的准确性。所以暗电流的存在决定了光电倍增管可测量光信号的最小值。所以暗电流的存在决定了光电

28、倍增管可测量光信号的最小值。一只好的光电倍增管，要求其暗电流小并且稳定。一只好的光电倍增管，要求其暗电流小并且稳定。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）光谱响应特征）光谱响应特征光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不相同的，光电倍增管对不同波长的光入射的响应能力是不相同的，这一特性可用光谱响应率表示。在给定波长的单位辐射功率这一特性可用光谱响应率表示。在给定波长的单位辐射功率照射下所产生的阳极电流大小称为光电倍增管的绝对光谱响照射下所产生的阳极电流大小称为光电倍增管的绝对光谱响应率，表示为：

29、应率，表示为：P()为入射到光阴极上的单色辐射功率；为入射到光阴极上的单色辐射功率；I()是在该辐射功率照射下所产生的阳极电流；是在该辐射功率照射下所产生的阳极电流；S()是波长的函数，它与波长的关系曲线称为光电倍增管是波长的函数，它与波长的关系曲线称为光电倍增管的绝对光谱响应曲线。的绝对光谱响应曲线。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用物体受到光线照射后，其内部的原子会释放出电子，但物体受到光线照射后，其内部的原子会释放出电子，但这些被释放的电子并不能逸出物体表面，而是仍然留在物体这些被释放的电子并

30、不能逸出物体表面，而是仍然留在物体内部，结果使物体的电阻率发生变化或产生一定方向的光电内部，结果使物体的电阻率发生变化或产生一定方向的光电动势，这种现象称为内光电效应。前者称为光电导效应，后动势，这种现象称为内光电效应。前者称为光电导效应，后者称为光伏特效应。者称为光伏特效应。2.2 内光电效应内光电效应经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.1 光电导效应光电导效应半导体材料在外界光线的作用下，电导率增加的现象称半导体材料在外界光线的作用下，电导率增加的现象称为光电导效应。为光电导效应。半导体材

31、料的导电能力取决于半导体内部载流子的数目，半导体材料的导电能力取决于半导体内部载流子的数目，如果载流子的数目增加，则半导体的导电率会增加。半导体如果载流子的数目增加，则半导体的导电率会增加。半导体中参与导电的载流子有自由电子和空穴两种。通常情况下，中参与导电的载流子有自由电子和空穴两种。通常情况下，半导体原子中的价电子被束缚在价带中，当价电子从外界获半导体原子中的价电子被束缚在价带中，当价电子从外界获取了足够的能量后，它会受到激发而从价带跃迁到导带，成取了足够的能量后，它会受到激发而从价带跃迁到导带，成为一个自由电子，与此同时价带原来价电子的位置上会形成为一个自由电子，与此同时价带原来价电子的

32、位置上会形成空穴。由于自由电子和空穴都参与导电，所以使半导体的电空穴。由于自由电子和空穴都参与导电，所以使半导体的电导率增加了。导率增加了。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.2 光敏电阻光敏电阻光敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与光敏电阻是一种光电效应半导体器件，应用于光存在与否的感应（数字量）以及光强度的测量（模拟量）等领域。否的感应（数字量）以及光强度的测量（模拟量）等领域。它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光电它的体电阻系数随照明强度的增强而减小，容许更多的光

33、电流流过。这种阻性特征使得它具有很好的品质：通过调节供流流过。这种阻性特征使得它具有很好的品质：通过调节供应电源就可以从探测器上获得信号流，且有着很宽的范围。应电源就可以从探测器上获得信号流，且有着很宽的范围。光敏电阻是薄膜元件，它是在陶瓷底衬上覆一层光电半光敏电阻是薄膜元件，它是在陶瓷底衬上覆一层光电半导体材料。金属接触点盖在光电半导体面下部。这种光电半导体材料。金属接触点盖在光电半导体面下部。这种光电半导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之间，导体材料薄膜元件有很高的电阻。所以在两个接触点之间，做的狭小、交叉，使得在适度的光线时产生较低的阻值。做的狭小、交叉，使得在适度的光线时产

34、生较低的阻值。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用检测光敏电阻好坏的方法：检测光敏电阻好坏的方法：A.用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，能越好。若此

35、值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。不能再继续使用。B.将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小，此值越小说明光敏电阻性有较大幅度的摆动，阻值明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部电路损坏，能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部电路损坏，也不能再继续使用。也不能再继续使用。C.将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑阻的遮光

36、窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光敏电阻的主要参数和基本特性：光敏电阻的主要参数和基本特性：（1）光电流）光电流光敏电阻在室温、无光照的全暗条件下，经过一定稳定光敏电阻在室温、无光照的全暗条件下，经过一定稳定时间之后，测得的电阻值称为暗电阻，或称暗

37、阻，此时流过时间之后，测得的电阻值称为暗电阻，或称暗阻，此时流过光敏电阻的电流称为暗电流。光敏电阻的电流称为暗电流。光敏电阻在受到某一光线照射时的电阻值称为亮电阻，光敏电阻在受到某一光线照射时的电阻值称为亮电阻，或称亮阻，此时流过的电流称为亮电流。亮电流和暗电流之或称亮阻，此时流过的电流称为亮电流。亮电流和暗电流之差称为光电流。差称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大越好，亮电阻越小越好；即暗电光敏电阻的暗电阻越大越好，亮电阻越小越好；即暗电流要小，亮电流要大，这样光电流才可能大，光敏电阻的灵流要小，亮电流要大，这样光电流才可能大，光敏电阻的灵敏度才会高。敏度才会高。经营者提供商品或者服务有欺诈行为

38、的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）光敏电阻的伏安特性）光敏电阻的伏安特性在一定光照强度下，光敏电阻两端所加的电压和流过的在一定光照强度下，光敏电阻两端所加的电压和流过的光电流之间的关系曲线，称为光敏电阻的伏安特性。光照强光电流之间的关系曲线，称为光敏电阻的伏安特性。光照强度越大，光电流就越大；电压越大，产生的光电流也就越大。度越大，光电流就越大；电压越大，产生的光电流也就越大。（3）光敏电阻的光照特性）光敏电阻的光照特性光敏电阻的光电流光敏电阻的光电流I和光强和光强F之间的关系曲线，称为光敏之间的关系曲线，称为光敏电阻的光照

39、特性。不同类型的光敏电阻，其光照特性是不同电阻的光照特性。不同类型的光敏电阻，其光照特性是不同的，但大多数的光敏电阻的光照特性曲线类似。的，但大多数的光敏电阻的光照特性曲线类似。由于光敏电阻的光照特性曲线呈现非线性，因此它不适由于光敏电阻的光照特性曲线呈现非线性，因此它不适宜作为线性测量元件，这是光敏电阻的一个缺点。在自动控宜作为线性测量元件，这是光敏电阻的一个缺点。在自动控制系统中，一般被用作开关式光电信号传感元件。制系统中，一般被用作开关式光电信号传感元件。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.

40、3.1 光伏特效应光伏特效应光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身光电池是一种自发电式的光电元件，它受到光照时自身能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通能产生一定方向的电动势，在不加电源的情况下，只要接通外电路，便有电流通过。外电路，便有电流通过。光电池的种类很多，有硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、光电池的种类很多，有硒、氧化亚铜、硫化铊、硫化镉、锗、硅、砷化镓光电池等，其中应用最广泛的是硅光电池，锗、硅、砷化镓光电池等，其中应用最广泛的是硅光电池，因为它有一系列优点，例如性能稳定、光谱范围宽、频率特因为它有一系列优点，例如性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高，能

41、耐高温辐射等。另外，由于硒光电池性好、转换效率高，能耐高温辐射等。另外，由于硒光电池的光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以很多分析仪器、测量的光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以很多分析仪器、测量仪表也常用到它。下面着重介绍硅光电池。仪表也常用到它。下面着重介绍硅光电池。2.3 光伏特效应光伏特效应经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.3.2 工作原理：工作原理：硅光电池的工作原理基于光生伏特效应，它是在一块硅光电池的工作原理基于光生伏特效应，它是在一块N型型硅片上用扩散的方法掺人一些硅片上用扩散的方法掺人

42、一些P型杂质而形成的一个大面积型杂质而形成的一个大面积PN结。当光照射结。当光照射P区表面时，若光子能量大于硅的禁带宽度，区表面时，若光子能量大于硅的禁带宽度，则在则在P型区内每吸收一个光子便产生一个电子型区内每吸收一个光子便产生一个电子.空穴对，空穴对，P区表区表面吸收的光子最多，激发的电子空穴最多，越向内部越少。面吸收的光子最多，激发的电子空穴最多，越向内部越少。这种浓度差便形成从表面向体内扩散的自然趋势。由于这种浓度差便形成从表面向体内扩散的自然趋势。由于PN结结内电场的方向是由内电场的方向是由N区指向区指向P区的，它使扩散到区的，它使扩散到PN结附近的电结附近的电子子-空穴对分离，光生

43、电子被推向空穴对分离，光生电子被推向N区，光生空穴被留在区，光生空穴被留在P区。区。从而使从而使N区带负电，区带负电，P区带正电，形成光生电动势。若用导线区带正电，形成光生电动势。若用导线连接连接P区和区和N区，电路中就有光电流流过。区，电路中就有光电流流过。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用PN结NPE结构示意图图形符号经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.3.3 基本特性基本特性（1）光谱特性）光谱特

44、性光电池对不同波长的光，灵光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的。不同材料的光电池敏度是不同的。不同材料的光电池适用的入射光波长范围也不相同。适用的入射光波长范围也不相同。硅光电池的适用范围宽，对应的入硅光电池的适用范围宽，对应的入射光波长可在射光波长可在0.451.1之间，而硒之间，而硒光电池只能在光电池只能在0.340.57波长范围，波长范围，它适用于可见光检测。它适用于可见光检测。20406080100Kr(%)12(m)0.60.40.81.01.21.硅光电池2.硒光电池在实际使用中应根据光源的性质来选择光电池，当然也在实际使用中应根据光源的性质来选择光电池，当然也可根据现有的光电池来

45、选择光源，但是要注意光电池的光谱可根据现有的光电池来选择光源，但是要注意光电池的光谱峰值位置不仅和制造光电池的材料有关，同时，也和制造工峰值位置不仅和制造光电池的材料有关，同时，也和制造工艺有关，而且随着使用温度的不同会有所移动。艺有关，而且随着使用温度的不同会有所移动。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（2）光照特性）光照特性光电池在不同的光照度下，光生电动势和光电流是不相光电池在不同的光照度下，光生电动势和光电流是不相同的。如图所示，曲线同的。如图所示，曲线1是负载电阻无穷大时的开路电压特性是负

46、载电阻无穷大时的开路电压特性曲线，曲线曲线，曲线2是负载电阻相对于光电池内阻很小时的短路电流是负载电阻相对于光电池内阻很小时的短路电流特性曲线。开路电压与光照度的关系是非线性的，而且在光特性曲线。开路电压与光照度的关系是非线性的，而且在光照度为照度为20001x时就趋于饱和，而短路电流在很大范围内与光时就趋于饱和，而短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，负载电阻越小，这种线性关系越好，而且照度成线性关系，负载电阻越小，这种线性关系越好，而且线性范围越宽。因此检测连续变化的光照度时，应当尽量减线性范围越宽。因此检测连续变化的光照度时，应当尽量减小负载电阻，使光电池在接近短路的状态工作，也就是把

47、光小负载电阻，使光电池在接近短路的状态工作，也就是把光电池作为电流源来使用。在光信号断续变化的场合，也可以电池作为电流源来使用。在光信号断续变化的场合，也可以把光电池作为电压源使用。把光电池作为电压源使用。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（3）温度特性）温度特性光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它

48、关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，的情况。由于它关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是光电影响测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是光电池的重要特性之一。从图中可以看出硅光电池开路电压随温池的重要特性之一。从图中可以看出硅光电池开路电压随温度上升而明显下降，温度上升度上升而明显下降，温度上升1，开路电压约降低，开路电压约降低3mV。短。短路电流随温度上升却是缓慢增加的。因此，光电池作为检测路电流随温度上升却是缓慢增加的。因此，光电池作为检测元件时，应考虑温度漂移的影响，并采用相应的措施进行补元件时，应考虑温度漂移的影响，并采用相应的措施

49、进行补偿。偿。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（4）频率特性）频率特性光电池的频率特性是指输出电流与入射光调制频率的关光电池的频率特性是指输出电流与入射光调制频率的关系。系。当入射光照度变化时，由于光生电子当入射光照度变化时，由于光生电子.空穴对的产生和复空穴对的产生和复合都需要一定时间，因此入射光调制频率太高时，光电池输合都需要一定时间，因此入射光调制频率太高时，光电池输出电流的变化幅度将下降。硅光电池的频率特性较好，工作出电流的变化幅度将下降。硅光电池的频率特性较好，工作频率的上限约为数万赫兹

50、，而硒光电池的频率特性较差。在频率的上限约为数万赫兹，而硒光电池的频率特性较差。在调制频率较高的场合，应采用硅光电池，并选择面积较小的调制频率较高的场合，应采用硅光电池，并选择面积较小的硅光电池和较小的负载电阻，进一步减小响应时间，改善频硅光电池和较小的负载电阻，进一步减小响应时间，改善频率特性。率特性。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管，它们的工作光敏晶体管通常指光敏二极管和光敏三极管，它们的工作原理也是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射原理也是基