《光電傳感器瓦爾特》PPT課件

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1、第4章　光電式傳感器4.1光電效應(yīng)4.2光電器件4.3紅外線傳感器4.4色彩傳感器4.5CZG－GD－500系列紫外火焰?zhèn)鞲衅?.6光纖傳感器4.7光傳感器應(yīng)用實例4.1光電效應(yīng)4.1光電效應(yīng)光電元件的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光可以認為是由一定能量的粒子（光子）所形成，每個光子具有的能量hγ正比于光的頻率γ（h為普朗克常數(shù)）。用光照射某一物體，可以看做物體受到一連串能量為hγ的光子所轟擊。物體材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。7/17/20213傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.1.1外光電效應(yīng)光照射于某一物體上，使電子從這些物體表面逸出的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，也稱光

2、電發(fā)射。逸出來的電子稱為光電子。外光電效應(yīng)可由愛因斯坦光電方程來描述：7/17/20214傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬一個光子的能量只能給物體中的一個自由電子，使自由電子能量增加hγ，這些能量一部分用于克服逸出功A，另一部分作為光電子逸出時的初動能：7/17/20215傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.1.2內(nèi)光電效應(yīng)光照射于某一物體上，使其導(dǎo)電能力發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，也稱光電導(dǎo)效應(yīng)。硫化鎘、硒化鎘、硫化鉛、硒化鉛等在受到光照時均會出現(xiàn)電阻下降的現(xiàn)象。7/17/20216傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬電路中反偏的PN結(jié)在受到光照時也會在該PN結(jié)附近產(chǎn)生

3、光生載流子（電子-空穴對）。利用上述現(xiàn)象可制成光敏電阻，光敏二極管，光敏三極管，光敏晶閘管等光電轉(zhuǎn)換器件。7/17/20217傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.1.3光生伏打效應(yīng)在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。具有該效應(yīng)的材料有硅、硒、氧化亞銅、硫化鎘、砷化鎵等。例如，當一定波長的光照射PN結(jié)時，就產(chǎn)生電子-空穴對，在PN結(jié)內(nèi)電場的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，于是P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓，即光生電動勢。利用該效應(yīng)可制成各類光電池7/17/20218傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.2光電器件4.2.1光電管和光電倍增管光電管和光電倍增管同屬于

4、用外光電效應(yīng)制成的光電轉(zhuǎn)換器件。1.光電管光電管的外形如圖4-1所示。金屬陽極A和陰極K封裝在一個玻璃殼內(nèi)，當入射光照射在陰極時，光子的能量傳遞給陰極表面的電子，當電子獲得的能量足夠大時，逸出金屬表面形成電子發(fā)射，這種電子稱為光電子。7/17/202110傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬236145圖4-1一種常見的光電管外形1-陽極A2-陰極K3-玻璃外殼4-管座5-電極引腳6-定位銷常見的光電管外形7/17/202111傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬圖4-2光電管符號及測量電路IφULROE（+50~+70）V光電管的圖形符號及測量電路如圖4-2所示。7/17/202112

5、傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬2.光電倍增管光電倍增管有放大光電流的作用，靈敏度非常高，信噪比大，線性好，多用于微光測量。圖４-3是光電倍增管結(jié)構(gòu)示意圖。U0RLD1D3KAD2D4φ7/17/202113傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻的材料有金屬硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體材料。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻，如圖4-4（a）所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀，如圖4-4（b）所示，圖形符號如圖4-4（c）所示。7/17/202114傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.2

6、.2光敏電阻光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻的材料有金屬硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體材料。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻，如圖4-4（a）所示。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀，如圖4-4（b）所示，圖形符號如圖4-4（c）所示。7/17/202115傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬φmAIφ示意圖及圖形符號a）原理圖c)B）外形圖C）符號c)7/17/202116傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.2.3光敏二極管和光敏三極管1.光敏二極管光敏二極管是一種利用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件，與一般半導(dǎo)體二極管不同之處

7、在于其PN結(jié)裝在透明管殼的頂部，以便接受光照，如圖4-5（a）所示。它在電路中處于反向偏置狀態(tài)，如圖4-5（b）所示。光電流與光照度成正比。還有一種雪崩式光敏二極管（APD）。7/17/202117傳感器原理及應(yīng)用講稿機電工程學(xué)院趙福彬4.2.3光敏二極管和光敏三極管1.光敏二極管光敏二極管是一種利用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件，與一般半導(dǎo)體二極管不同之處在于其PN結(jié)裝在透明管殼的頂部，以便接受光照，如圖所