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光电传感器 本章简单介绍光电效应 光电元件的结构和工作原理及特性 着重介绍光电传感器的各种应用 第一节光电效应及光电元件 通常把光电效应分为三类 1 在光线的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件有光电管 光电倍增管 光电摄像管等 2 在光线的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 光敏二极管 光敏三极管及光敏晶闸管等 3 在光线的作用下 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 第一类光电元件属于玻璃真空管元件 第二 三类属于半导体元件 一 基于外光电效应的光电元件电子逸出金属表面的速度v可由能量守恒定律确定mv2 hf W 二 基于内光电效应的光电元件一 光敏电阻1 工作原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 2 光敏电阻的特性和参数 1 暗电阻 2 光电特性 3 响应时间3 关于照度 二 光敏二极管 光敏三极管 光敏晶闸管1 光敏二极管结构及工作原理光敏二极管结构与一般二极管不同之处在于 将光敏二极管的PN结设置在透明管壳顶部的正下方 可以直接受到光的照射 目前还研制出几种新型的光敏二极管 它们都具有优异的特性 1 PIN光敏二极管 2 APD光敏二极管 雪崩光敏二极管 2 光敏三极管结构及工作原理光敏三极管有两个PN结 与普通三极管相似 也有电流增益 三 光敏晶体管的基本特性1 光谱特性 几种光敏材料的光谱峰值波长 2 伏安特性硅光敏二极管工作在第三象限 流过它的电流与光照度成正比 间隔相当 而基本上与反向偏置电压Uo无关 光敏三极管在不同照度下的伏安特性与一般三极管在不同基极电流下的输出特性相似 3 光电特性光敏三极管的光电特性曲线斜率较大 说明其灵敏度较高 4 温度特性温度变化对亮电流影响不大 但对暗电流的影响非常大5 响应时间工业级硅光敏二极管的响应时间为10 5 10 7s左右 光敏三极管的响应时间比相应的二极管约慢一个数量级 三 基于光生伏特效应的光电元件光电池能将入射光能量转换成电压和电流属于光生伏特效应元件 光电池的种类很多 有硅 砷化镓 硒 氧化铜 锗 硫化镉光电池等 其中应用最广的是硅光电池 这是因为它有一系列优点 性能稳定 光谱范围宽 频率特性好 传递效率高 能耐高温辐射 价格便宜等 第二节光电元件的基本应用电路一 光敏电阻基本应用电路 二 光敏二极管应用电路 三 光敏三极管应用电路 第三节光电传感器的应用依被测物 光源 光电元件三者之间的关系 可以将光电传感器分为下述四种类型1 光源本身是被测物 被测物发出的光投射到光电元件上 光电元件的输出反映了光源的某些物理参数 2 恒光源发射的光通量穿过被测物 一部分由被测物吸收 剩余部分投射到光电元件上 吸收量决定于被测物的某些参数 3 恒光源发出的光通量投射到被测物上 然后从被测物表面反射到光电元件上 光电元件的输出反映了被测物的某些参数 4 恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物 照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分 光电元件的输出反映了被测物的尺寸 一 光源本身是被测物的应用实例1 红外线辐射温度2 热释电传感器在人体检测 报警中的应用 1 热释电效应 2 对信号处理电路的要求 二 被测物吸收光通量的应用实例1 光电式浊度计2 烟雾报警器物质在燃烧过程中一般有下列现象发生 1 产生热量 使环境温度升高 2 产生可燃性气体 3 产生烟雾 4 产生火焰 第四节光电开关及光电断续器一 光电开关的结构和分类光电开关可分为两类 遮断型和反射型反射