检测与转换技术第三章电抗式和霍尔传感器第四章光电传感器

1第三章电抗式和霍尔传感器

1．电容传感器的基本工作原理2．交流电桥3．调制解调电路4.霍尔传感器的基本工作原理5.霍尔传感器的应用23.1.1电容式传感器工作原理由两平行极板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，它的电容量可用下式表示：+++δA

3.1电容式传感器3

思考：上式中，哪几个参量可以作为变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？

δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。圆筒形电容器的电容为41.极距δ

变化型++++++设动片未动时的电容量为：设动片移动x时的电容量为：电容量C与不是线性关系。3.1.2电容式传感器结构形式5量程x远小于极板初始距离δ0时：此时C与便呈线性关系，但量程缩小很多。6当时灵敏度为7应用举例82.面积变化型角位移型+++9平面线位移型灵敏度

增加b0值或减少δ0值谐可提高传感器的灵敏度

10柱面线位移型.113.介质变化型

因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。134.差动电容传感器变距离型变面积型14当动片向上移动

则移动

153.1.3电容式传感器的测量电路主要作用：将传感器产生的电容量变化转换成电压信号输出测量电路：最常用的是交流电桥。还包括信号放大部分-交流放大电路、交流信号转变为直流信号部分-解调电路、高频干扰的滤除部分-滤波电路等。电容式传感器测量电路16当电桥平衡时，没有电流流过零示仪，即ab两点的电势在任一瞬间都相等，由欧姆定律得：

1、

交流电桥（1）.交流电桥及其平衡条件17上式称为交流电桥的平衡条件，它相当于下列两式:……②…③幅值初相位得：

或…………①或：

…④18交流电桥至少应有两个可调节的标准元件，通常是用一个可变电阻和一个可变电抗，调节交流电桥平衡要比调节直流电桥平衡复杂。交流电桥平衡：阻抗幅值大小成比例，相位条件满足：19经典交流电桥20交流电桥与直流电桥对比

21(2)、交流电桥用于电容的测量

电容传感器●平衡条件22①用于电容损耗角的测量实际电容器相当于两极板间并联有一只很大的电阻。则电容器的复阻抗：23

当时，上式表明，实际电容器也等于理想电容与一个阻值为的电阻串联，当时，电容器成为理想电容器。一般情况为一个较大的阻值，所以正弦交流电通过时，电容器两端电压和通过的电流之间的相位角不是，而是24

这里称为电容器的损耗角，它是衡量实际电容器与理想电容器的差别的一个重要参数。为方便起见，一般用来表示电容器的损耗。

C25电容电桥当电桥平衡时，可得：求得：

②平衡交流电桥26电容电桥交流电源化简得到，电桥输出：③不平衡交流电桥电桥输出信号为交流信号，被测电容量会改变输出交流信号的幅值，因此可以通过测量输出信号幅值得到被测电容量的值。2、

交流放大器LM324管脚连接图反相交流放大器同相交流放大器303调制解调电路

（1）调制解调基本概念①在检测系统中为什么要采用信号调制和解调？

在检测系统中，传感器的输出信号一般又很微弱，从放大处理来看，直流放大有零漂和级间耦合等问题。为此，往往把缓变信号先变为频率适当的交流信号，然后利用交流放大器放大，最后再恢复为原缓变信号。这样的变换过程称为调制与解调31调制解调电路的作用：32②什么是信号调制？

调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一个做为载体的信号（称为载波信号），让后者（载波信号）的某一特征参数（幅值、相位、频率）按前者（调制信号）变化。

③什么是解调？

在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。4/2/202633④调制信号、载波信号、已调信号？调制是给测量信号赋予一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。载波信号z(t)0t34用来改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位的信号称为调制信号。在检测系统中，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。调制信号x(t)0t35（2）调制方法36a)幅度调制(AM)b)频率调制(FM)c)相位调制(PM)37载波信号：由一列占空比不同的矩形脉冲构成。脉冲宽度调制电路：d)脉冲宽度调制理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值38缓变信号调制高频信号放大放大高频信号解调放大缓变信号调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化．①调制原理(3)调制与解调电路4/2/202639幅度调制与解调过程（波形分析）乘法器放大器X(t)Y(t)Xm(t)乘法器滤波器Y(t)x(t)4/2/202640幅度调制与解调过程（数学分析）乘法器放大器X(t)Y(t)Xm(t)乘法器滤波器Y(t)x(t)结论：调幅过程在时域是调制波与载波相乘的运算。

41

先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。例：交流电桥VinVoR1R3R2R4调幅电路42

应变电阻的电阻变化量和被测外力引起的应变

之间的关系为：式中，K：应变片的灵敏度系数；R：应变片初始电阻值。所以有：

上式表明，载波信号

经电桥调幅后，输出的信号

幅值为

，即余弦载波信号的幅值被应变

所调制。而且随着调制信号

正负半周的改变，调幅波的相位也随着改变：当调制信号

为正时，调幅波与载波同相；当

为负时，调幅波与载波反相。

4/2/202643a).包络检波

从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。这种方法称为包络检波。②解调原理调制信号加偏至电压调幅波包络检波滤波去掉直流分量D+-vCLCRiD+-v(t)低通滤波器包络检波器的电路形式输入调幅波v(t)Ot经二极管检波后的电流iDOt

经低通滤波器滤波后的输出电压。vCtO一般调幅波vi(t)tOvΩOt利用二极管的单向导电性检出正半周或负半周。利用低通滤波器把调制信号(包络线)取出，滤除高频信号。一般调幅波中代表调制信号的是这一段包络线。iD(t)引言平衡调幅波vi(t)tO平衡调幅波中代表调制信号的是这一段包络线。利用低通滤波器取出的并不是调制信号(包络线)，造成失真。若仍利用二极管单向导电性检出正半周或负半周。

vΩtOiD(t)4/2/202648b).相敏检波N2为过零比较器，载波信号经过N2后转换为方波信号。D为开关二极管，将N2输出的方波信号加在场效应管G上。49波相敏检波电路例实例50波相敏检波电路例实例当

时,G截止，N1同相端高电平，调幅波

从N1同相端和反相端同时输入，N1的放大倍数为：

输出信号

波形是一个幅值与被调制信号

相同，位于正半周的波形。当

时，G导通，N1同相端接地，为底电平，调幅波

从N1反相端输入，N1的放大倍数为：

输出信号

波形是一个幅值与被调制信号

相反且略大的，位于正半周的波形。4/2/202651相敏检波与包络检波的主要区别相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向。相敏检波电路具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。作业：P83,654优点：

(1)温度稳定性好

(2)结构简单

(3)动态响应好

(4)可实现非接触式测量缺点：

(1)输出阻抗高，负载能力差

(2)寄生电容影响大3.1.4电容式传感器的应用

551.电容式液位计(1)电容式液面计

设容器中介质是非导电的（如果液体是导电的，则电极需要绝缘），容器中液体介质浸没电极2的高度为hx，这时总的电容C等于气体介质间的电容量和液体介质间电容量之和。hhx56气体介质间的电容量C气为：

液体介质间的电容量C油为:57因此，总电容量为两电容并联，由上两式得：令：则：电容量C与液体深度hx成比例关系。电容灵敏度：59(2)电容式液位限位传感器

棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。聚四氟乙烯外套电容式液位限位传感器设定按钮602.电容式接近开关

电容式接近开关外形：全密封防水式61

电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示62电容式接近开关在液位测量控制中的使用633.电容式差压变送器

高压侧进气口低压侧进气口电子线路位置内部不锈钢膜片的位置643.2霍尔式传感器霍尔传感器工作原理霍尔元件的结构和基本电路霍尔元件的主要特性参数霍尔式传感器的应用653.2.1霍尔传感器工作原理半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应产生的电动势称霍尔电势半导体薄片称霍尔元件66cdab霍尔效应演示67

半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应。

67磁感应强度B较大时的情况UH=KH

IB/d磁感应强度B为零时的情况cdabKH:霍尔常数

SH:霍尔元件灵敏度（灵敏系数）70霍尔常数霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。霍尔元件灵敏度（灵敏系数）半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件，71磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势

若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度

时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos

，这时的霍尔电势为：

EH=SHIBcos

721、元件材料

2、元件结构3.2.2霍尔元件733、霍尔元件特性参数(1)输入阻抗和输出阻抗

输入阻抗Ri：控制电流进出端之间的阻抗

输出阻抗Ro：霍尔电极输出的正负端子间的内阻(2)温度系数

在一定磁场强度和控制电流作用下，温度每变化1℃时霍尔电势变化的百分数称为霍尔电势温度系数，与霍尔元件的材料有关(3)额定控制电流和最大允许控制电流

额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值

最大允许控制电流：元件允许的最大温升限制所对应的控制电流值

(4)最大磁感应强度

磁感应强度超过最大磁感应强度时，输出的霍尔电势的非线性误差会明显增大，所以一般的最大磁感应强度的数值小于零点几特斯拉。

恒压

用稳压二极管VDZ获得基准电压，经放大器A1放大后加到三极管VT1的基极，使霍尔元件两端加上恒定2V电压。特点：施加电压恒定不变，不平衡电压的温度变化小，但霍尔电流发生变化，输出电压

的温度变化大。754、霍尔元件驱动和放大电路（1）

驱动电路恒流

用稳压二极管VDZ获得基准电压，通过霍尔元件的电流

由VDZ的电压和电阻

决定：

电路中，三极管VT1接在运算放大器A1反馈环内，可以吸收三极管

的变化，抑制特性随温度变化。特点：即使霍尔元件的内阻随外部各种条件变化，但霍尔电流保持恒定，因此输出电压的温度系数变小。然而，元件间电压降变化，不平衡电压的温度变化大，电压

的温度变化大，使温度特性变坏。76霍尔元件输出端接NPN型三极管VT1和VT2上，VT1和VT2接成射极跟随器方式，对霍尔元件的阻抗进行变换，以便与后级信号处理。特点：霍尔元件的输出端几乎不流经电流，可获得较大的霍尔输出电压，减小波形失真，有利于后级电路设计。77（2）放大电路785

.霍尔元件电磁特性当磁场和环境温度一定时:

霍尔电势与控制电流I成正比当控制电流和环境温度一定时:

霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比当环境温度一定时:

输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比793.2.3、集成霍尔器件

霍尔集成器件分为线性型和开关型两大类1.线性型：将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。

线性型三端霍尔集成电路80线性型霍尔特性

当磁场为零时，输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时，输出为正；磁场反向时，输出为负。812.开关型霍尔集成器件

将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。82开关型霍尔集成电路的外形及内部电路OC门施密特触发电路

双端输入、单端输出运放霍尔元件.Vcc83优点:

结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长。应用：EH=SHIBcos

3.2.4霍尔传感器的应用1、I、

不变，UH=f(B)2、I、B不变，UH=f()3、

不变，UH=f(IB)841.微位移和压力的测量测量原理： 霍尔电势与磁感应强度成正比，若磁感应强度是位置的函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。应用： 位移测量、力、压力、应变、机械振动、加速度85霍尔式压力传感器

弹簧管磁铁霍尔片86加速度传感器

872.磁场的测量

在控制电流恒定条件下，霍尔电势大小与磁感应强度成正比，由于霍尔元件的结构特点，它特别适用于微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场参数的测量。应用：霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器881.霍尔特斯拉计（高斯计）

霍尔元件892.霍尔传感器用于测量磁场强度

霍尔元件测量铁心气隙的B值903.霍尔转速表SN线性霍尔元件磁铁91霍尔转速表原理

当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。924.霍尔式接近开关——转速测量演示n=60f4(r/min)软铁分流翼片

开关型霍尔ICT936.霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌豁口94霍尔钳形电流表演示直流200A量程被测电流的导线未放入铁心时示值为零70.9A951905年德国物理学家爱因斯坦用光量子学说解释了光电发射效应，并为此而获得1921年诺贝尔物理学奖。

第四章光电传感器96光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。检测方式：1、检测直接引起光量变化的非电量如：光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等。2、检测能转换成光量变化的其他非电量如：零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度等。97光电效应光是由一连串具有一定能量的粒子(称为光子)所构成，每个光子具有的能量hf

正比于光的频率f(h为普朗克常数)。用光照射某一物体，就可以看作这物体受到一连串能量为hf的光子所轰击，而光电效应就是由于这物体吸收到光子能量为hf的光后产生的电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。4.1.1光电式传感器物理基础h：普朗克常数光的频率越高（波长越短），光子的能量越大。981、外光电效应.

在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。物体中电子吸收的入射光子能量足以克服逸出功，电子就逸出物体表面，产生光电发射，逸出电子的功为，为逸出功。光子能量大于逸出功，电子发射。当光子能量等于逸出功，逸出的电子速度为零，此时光子的频率为该物质产生外光电效应的最低频率，称为红限频率。爱因斯坦光电效应方程99光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功W。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子逸出。当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。光电子逸出物体表面具有初始动能mv02/2

，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。100

当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：

（1）光电导效应在光线作用下，半导体中原子受激发成为自由电子与空穴，他们参加导电，而引起半导体的电导率ρ的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。2、内光电效应101过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg102材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。式中f、λ分别为入射光的频率和波长。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即103

（2）

光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。由于在光线照射下，PN结附近被束缚的价电子吸收光子能量，受激发产生电子-空穴对，在内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，使P区带正电，N区带负电，于是在P区和N区之间产生了电动势。

基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。

104

利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。一、光电管及其基本特性光电管的结构示意图1.结构与工作原理

光电管有真空光电管和充气光电管两类，两者结构相似，如图。它们由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。4.1.2光电式传感器基本组成

光阳极光电阴极光窗阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。105

紫外管外形

当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。紫外线106

光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探测率和温度特性来描述。（1）

伏安特性2.主要性能

在一定的光照射下（光通量一定），对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。光电管的伏安特性如图所示。它是应用光电传感器参数的主要依据。当极间电压高于50V时，光电流开始饱和，因为所有光电子都达到了阳极。真空光电管一般工作在伏安特性的饱和区。

光电管的伏安特性5020μlm40μlm60μlm80μlm100μlm120μlm100150200024681012阳极与末级倍增极间的电压/VIA/μA光通量107（2）

光照特性

通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特性，光电流I与光通量成线性关系。曲线2为锑铯阴极的光电管光照特性，它成非线性关系。光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之间比）称为光电管的灵敏度。

光电管的光照特性255075100200.51.52.0Φ/1mIA/μA1.02.51108（3）光谱特性

由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱也有选择性。保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性，即同一光电管对于不同频率的光的敏感度不同。所以，对各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。特性曲线的峰值对应的波长称为峰值波长，特性曲线占据的波长范围称为光谱响应范围。

109二、光敏电阻

利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件称内光电效应器件，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。不足：需要外部电源，有电流时会发热。

110光敏电阻当光敏电阻受到光照时，阻值减小。内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象.111光敏电阻演示

暗电流（越小越好）

当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。112RGRLEI光敏电阻在受到光的照射时，由于内光电效应使其导电性能增强，电阻RG值下降，所以流过负载电阻RL的电流及其两端电压也随之变化。光线越强，电流越大，当光照停止时，光电效应消失，电阻恢复原值，因而可将光信号转换为电信号。光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小。接线电路如图所示。1132.光敏电阻的主要参数和基本特性（1）暗电阻、亮电阻、光电流暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流，称为“暗电流”。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流，称为“亮电流”

。光电流：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。114（2）伏安特性

在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定电压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和5010015020012U/V02040现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。I/μA115（3）光照特性在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。012345I/mAL/lx10002000116（4）光谱特性

光谱特性与光敏电阻的材料有关。光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对灵敏度也是不同的。从图中可知，硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。204060801004080120160200240λ/μm312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅117（5）频率特性当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏20406080100Sr/%f/Hz010102103104电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，如图为相对灵敏度Sr与光强变化频率f间的关系曲线。多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。硫化铅硫化镉118（6）温度特性：其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，如图A，硫化镉的光电流I和温度T的关系如图所示。光谱特性曲线的峰值随温度上升向波长短的方向移动，如图B。有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射而采取降温措施。I/μA100150200-50-10305010-30T/ºC2040608010001.02.03.04.0λ/μmSr/%+20ºC-20ºC（A）（B）1191.光敏二极管光敏二极管符号如图，其结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接收到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。因此，在不受光照射时，光敏二极管处于截止状态；受光照射时，光敏二极管处于导通状态。

PN光光敏二极管符号RL

光PN光敏二极管接线三、光敏二极管和光敏三极管120光敏二极管的反向偏置接法

在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。121光敏二极管的反向偏置接线（参考上页图）及光电特性演示

在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。

当光照增加时，光电流IΦ与光照度成正比关系。

光敏二极管的反向偏置接法UO+—光照122

光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般三极管很相似。当光线照射在PN结上时,会产生电子-空穴对,它们在内电场的作用下,发生定向运动形成光电流。2.光敏三极管PPNNNPecRLEecbb123

光敏二极管用于光电开关光敏三极管用于光控继电器124

在无光照时，光电二极管截止，电阻R1上的压降很小，则晶体管T1截止，T2截止，继电器J不动作，路灯保持亮。

光电路灯控制电路有光照时，光电二极管产生光电流，R1电压上升，光强达到某一值时T1导通，T2导通，J动作，常闭端打开，使路灯灭。125四、光电池

光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。+光PN－SiO2RL硅光电池的