第二章光敏传感器
光敏传感器原理
光敏传感器原理
光敏传感器是一种能够感知光线强度的传感器。
它基于光敏元件的特性，当光线照射到光敏元件上时，光敏元件就会产生电信号，通过测量这个电信号的强度可以确定光线的强弱。
光敏元件通常使用光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等材料制成。
在光照较强的环境下，光线会激发光敏元件中的电子，使其跃迁到导电带中，电阻值减小，电流增大；而在光照较弱的环境下，光敏元件中的电子会回到价带中，电阻值增大，电流减小。
为了更好地测量光线的强度，光敏传感器常常与其他电路元件结合使用。
例如，可以将光敏传感器与运放放大电路相连，通过对光敏传感器输出信号进行放大，可以提高测量的精确度。
光敏传感器的应用十分广泛。
在自动光控系统中，光敏传感器可以根据光线的强弱自动调节照明灯的亮度。
在摄像头中，光敏传感器可以根据光线的强弱自动调节曝光时间，保证图像的清晰度。
在电子产品中，光敏传感器也可以用于环境亮度的检测，实现自动调节屏幕亮度的功能。
总之，光敏传感器是一种基于光敏元件原理的传感器，可以感知光线的强度，并将其转化为电信号输出。
它在各个领域都有重要的应用，为人们带来了更加智能、便捷的生活体验。
第二章 光敏传感器 PHOTOSENSORS 定义
光电管：
光电阴极 光窗
真空光电管和充气光电管 或称电子光电管和离子光 电管两类。
阳极
两者结构相似，如图。 由一个阴极和一个阳极构 成，且密封在一只真空玻 璃管内。
光电管的结构示意图
阴极装在玻璃管内壁上， 其上涂有光电发射材料。 阳极通常用金属丝弯曲成 矩形或圆形，置于玻璃管 的中央。
二、充气光电二极管
光谱: 光波：波长为10—106nm的电磁波 可见光：波长380—780nm 紫外线：波长10—380nm， 波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线， 红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。
国产GD-4型的光电管，阴极是锑铯材料制成的。其红限 λ0=7000Å，对可见光范围的入射光灵敏度比较高，转换效率： 25%~30%。适用于白光光源，被广泛用于各种光电式自动检测仪表 中。 对红外光源，常用银氧铯阴极，构成红外传感器。 对紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极。 另外，锑钾钠铯阴极的光谱范围较宽，为3000~8500Å，灵敏度也较 高，与人的视觉光谱特性很接近，是一种新型的光电阴极； 但有些光电管的光谱特性和人的视觉光谱特性有很大差异，在测量 和控制技术中可以担负人眼所不能胜任的工作，如坦克和装甲车的 夜视镜等。 一般充气光电管当入射光频率大于8000Hz时，光电流将有下降 趋势，频率愈高，下降得愈多。
结构:与真空光电二极管类似,只是管壳内充有低压惰性气体(氩气和氖气)。 光线照到阴极上产生光电子,阳极电 压使其加速,加速的电子使气体分子 电离,形成更多的电子和离子，又被 加速与另外气体分子碰撞使其电离产 生更多电子,即发生了倍增效应, 此外,气体电离的正离子又与阴极碰 撞产生光电子,因此达到阳极的电子 数目增大很多，相当于具有一定的放 大倍数，可达10倍左右。
光敏传感器ppt
分别连接到开发板
测光亮
打开串口检测亮度数据
怎样使用光线传感器控制LED灯？
首先设置光敏传感器最大、最小值
声光控开关
声光控开关是由声音量和光照度来控制的墙壁开关，当环境的亮度 达到某个启。
照相机
光敏传感器三根引脚的连线：
S：Ao V:3.3V G:接地（GND）
本节课所需教具
把杜邦线连接到光敏传感器上面
S:AO V:3.3V G:接地
两边分别插入杜邦线
光敏传感器模块
---------检测外界光照变化 将光信号转化为电信号
发光强度的单位是坎德拉（cd/㎡）
光敏传感器 是指能感受 光亮度并转 换成可用输 出信号的传 感器。
工作原理
上面有个光敏电阻，光敏电阻的阻值会随光照强度变化而变化。 光传感器不只局限于对光的探测，它还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，只要将这些非电量 转换为光信号的变化即可。
功能特点：
1、可根据外界环境光线的明暗，对照明设备进行控 制，并且配合光电隔离输入控制模块，实现对场景 （全开、全关等）、灯光、窗帘、空调等的控制； 2、同时设定延时功能，防止光线瞬间变化的干扰。
太阳能草坪灯
太阳能草坪灯是一种绿色能源灯具，具 有安全、节能、环保、安装方便等特点。 太阳能草坪灯主要由光源、控制器、蓄 电池、太阳能电池组件及灯体等部件组 成。其在有光照射下，通过太阳能电池 将电能存储于蓄电池，在无光情况下， 通过控制器将蓄电池电能送入负载 LED 中。适用于住宅社区绿草地美化照明点 缀、公园草坪美化点缀
光敏传感器
光敏传感器的原理与应用一、光敏传感器的工作原理光敏传感器内装有一个高精度的光电管,光电管内有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。
利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
二、光敏传感器特性光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。
光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
光敏电阻原理：它是基于半导体光电效应工作的。
光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。
使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。
光敏电阻的工作原理：光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。
光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。
光谱范围：从紫外线区到红外线区。
优点：灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。
光敏电阻的性能参数：光敏电阻不受光照时的电阻称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时电流称为亮电流。
暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。
实际应用时，暗电阻大约在兆欧级，亮电阻大约在几千欧以下。
光敏电阻的伏安特性：（下图）1、所加电压Ｕ越高，光电流Ｉ也越大，而且无饱和现象。
2、在给定的光照下，Ｕ－Ｉ曲线是一直线，说明电阻值与外加电压无关。
3、在给定的电压下，光电流的数值将随光照的增强而增加。
-光敏传感器PPT(共12张)
内光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)
• 光照射在半导体材料上，材料中处于价带 的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带， 使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即 激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材 料产生电效应。光子能量必须大于材料的 禁带宽度ΔEg才能产生内光电效应。
• 内光电效应按其工作原理可分为两种：光 电导效应和光生伏特效应。。
第6页，共12页。
光电管
• 它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图1 所 示。图2 阳极通过RL与电源连接在管内形成(xíngchéng)电 场。光电管的阴极受到光照射后便发射光电子，这些光 电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电 管内形成(xíngchéng)空间电子流。电阻RL上产生的电压降 正比于空间电流。
第4页，共12页。
光电效应：光照射在物体上可以看成(kàn chénɡ)是一连串的具有 一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接 体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体 中某些电子的能量而产生的电效应。光电效应可分成外光电效
应和内光电效应两类。
外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面而产 生光电子发射的现象称为外光电效应
高电平，继电器K得电吸合，其常开触点K1闭合(bìhé)，路灯EL通电发光。
R2与C3组成干扰脉冲吸收电路，可防止因短暂光线（如雷电闪光、 车辆灯光等）干扰电路的正常工作。由于时基集成电路组成的施密特触 发器具有V,D/3的回差电压，从而可避免继电器在光控临界点处的频繁 跳动而造成路灯EL的闪亮。本电路除可用于白炽灯自动控制外，也可
第8页，共12页。
光控照明灯应用(yìngyòng)传感器
光敏传感器的用法 -回复
光敏传感器的用法-回复光敏传感器是一种能够监测和测量光线强度的电子设备。
它可以转换光信号为电信号，常用于自动光控系统、光源亮度调节、无人机的导航、照明设备等各种应用领域。
本文将详细介绍光敏传感器的原理、结构、使用方法以及应用案例。
一、光敏传感器的原理光敏传感器的原理基于内部的光电效应。
当光线照射到光敏传感器的光敏元件上时，光子会与光敏元件中的电子相互作用。
这个相互作用将导致电子的能级发生变化，从而产生一个电流。
传感器内部的电子元件将捕获和测量这个电流，并将其转换为电信号输出。
二、光敏传感器的结构光敏传感器通常由光敏元件、前端电路和信号处理器组成。
光敏元件是最核心的部分，其材料选择和结构设计直接影响传感器的性能。
常见的光敏元件包括光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管等。
前端电路用于放大、滤波和处理原始的电信号，以提高传感器的灵敏度和响应速度。
信号处理器将电信号转换为数字信号，并进行进一步处理和分析。
三、光敏传感器的使用方法1. 连接电路：将光敏传感器与电路板或控制系统连接。
通常需要使用导线将传感器的引脚与电路板上的相应引脚连接起来。
2. 程序编写：根据具体应用的需求，编写相应的程序来控制光敏传感器的工作。
可以使用不同的编程语言和开发环境，如C语言、Arduino或树莓派。
3. 测试和校准：在使用光敏传感器之前，需要进行测试和校准来确保其准确性和稳定性。
可以使用标准光源、光强度计等工具来进行测试和校准。
四、光敏传感器的应用案例1. 自动光控系统：光敏传感器可以在室内或室外环境中监测光线强度，并根据实时的光强度数据来调节照明设备的亮度。
2. 光源亮度调节：光敏传感器可以实现对光源亮度的自动调节，例如车辆前照灯的自动调光功能。
3. 无人机的导航：光敏传感器可以用于无人机的导航系统，以测量周围环境的光照强度，帮助无人机定位和避开障碍物。
4. 心率检测：光敏传感器也可以用于测量人体的心率。
通过将光敏传感器放置在皮肤上，并利用血脉的脉搏特征，可以准确测量心率。
光敏传感器的构成 -回复
光敏传感器的构成-回复光敏传感器是一种能够感知光线并将其转化为电信号的设备。
它在很多领域中扮演着重要的角色，如光电子学、图像识别、机器视觉和自动化控制等。
在本文中，我将详细介绍光敏传感器的构成，一步一步回答中括号内的问题。
一、光敏传感器是什么？光敏传感器是一种探测光线的装置，它能够将光线转化为电信号。
它的工作原理是基于光电效应，即当光照射到特定的材料或结构上时，会激发其中的电子，使其跃迁至导电能带中或导带中，从而形成电荷携带子（电子或空穴）。
这些电荷携带子在电场的作用下，产生电流或电压，从而实现光信号的转换和传输。
二、光敏传感器的构成光敏传感器通常由以下几个主要部分组成：1. 光敏元件：光敏元件是光敏传感器的核心部分，用于感知光线并转换为电信号。
常见的光敏元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏电容、光敏电感等。
这些光敏元件根据其光电转换原理和性质，可用于不同的光敏传感器应用。
2. 光电转换电路：光电转换电路用于将光敏元件所产生的光信号转换为电信号，以便进行后续的信息处理和分析。
它一般包括电压放大器、电流放大器、滤波器和调制器等组件。
这些电路可以根据具体的需求和应用来设计和优化。
3. 输入/输出接口：输入/输出接口用于将传感器与外部系统或设备进行连接。
它可以是模拟接口，如电压信号或电流信号，也可以是数字接口，如I2C或SPI接口。
这些接口可以实现与其他设备的数据交换和通信。
4. 封装和外壳：封装和外壳是为了保护光敏传感器的内部元件，防止其受到外界干扰和损坏。
常见的封装形式有芯片封装、模块封装和传感器封装等。
此外，外壳还可以提供防尘、防水和防腐蚀等功能，以适应不同的工作环境和应用场景。
三、不同类型光敏传感器的构成不同类型的光敏传感器在构成上可能会有所不同。
以下是几种常见的光敏传感器及其主要构成：1. 光敏电阻（LDR）：光敏电阻是一种根据光照强度变化而改变电阻值的传感器。
它通常由光敏材料、支撑基底和电极组成。
光敏传感器的简介及应用
光敏传感器的简介及应用光敏传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它利用光敏材料对光的感应特性，通过光电转换的方式将光信号转换为电信号。
光敏传感器可分为两大类：光敏电阻和光敏二极管。
光敏电阻是一种变阻器，其电阻值随光照强度的变化而改变。
当光线照射到光敏电阻上时，光敏电阻的电阻值会改变，从而产生电信号。
光敏电阻广泛应用于光敏开关、光敏电路等领域。
例如，光敏开关利用光敏电阻的特性来感应光照强度的变化，从而控制开关的开关状态。
在自动照明系统中，光敏电阻可以根据环境光线的变化自动调整照明灯的亮度，实现节能的效果。
光敏二极管是一种具有较高响应速度的光敏元件。
当光线照射到光敏二极管上时，光敏二极管会产生电压信号，其大小与光照强度成正比。
光敏二极管具有响应速度快、工作频率宽等优点，广泛应用于光通信、光电测量等领域。
例如，在光通信系统中，光敏二极管可以将光信号转换为电信号，实现光电信号的接收和解调。
此外，光敏传感器还广泛应用于光电测量、光学检测等领域。
例如，在工业自动化领域中，光敏传感器可以用于检测物体的存在、背景光的补偿、颜色识别等应用。
光敏传感器还可以用于光谱分析、成像传感、光学显微镜等领域。
光敏传感器的应用范围非常广泛，从家用电器到军事航天设备都可以找到它们的身影。
总之，光敏传感器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，可以根据光照强度的变化产生相应的电信号。
光敏传感器在光通信、自动照明、工业自动化等领域有着广泛的应用。
随着科技的发展，光敏传感器的性能和功能也得到了不断的提升和改进，为各个领域的应用提供了更加可靠和高效的解决方案。
光敏传感器工作原理
光敏传感器工作原理
光敏传感器是一种能够感知光线强度并将其转化为电信号的传感器，它在许多
电子设备中起着重要的作用。
光敏传感器的工作原理主要基于光电效应和半导体材料的特性。
在光敏传感器中，光电效应是指当光线照射到半导体材料表面时，光子的能量被转化为电子的能量，从而产生电流或电压的现象。
光敏传感器通常由光电二极管或光敏电阻构成。
光电二极管是一种能够将光能
转化为电能的半导体器件，它的工作原理是基于内部PN结的光电效应。
当光线照
射到光电二极管上时，光子的能量被半导体材料吸收，使得载流子的浓度发生变化，从而产生电流。
光敏电阻则是一种能够根据光线强度改变电阻值的器件，它的工作原理是基于半导体材料的光电导效应。
当光线照射到光敏电阻上时，半导体材料的电阻值会随之改变，从而产生电压信号。
光敏传感器的工作原理可以简单总结为，当光线照射到传感器上时，光子的能
量被转化为电子的能量，从而产生电流或电压信号。
这些信号可以被接收电路所处理，并最终转化为人们可以理解的信息。
在实际应用中，光敏传感器常常被用于光敏开关、光敏控制、光敏测距等领域。
例如，光敏传感器可以被用于自动控制灯光的亮度，根据环境光线的强弱来调节灯光的亮度，从而节省能源并提高使用舒适度。
总之，光敏传感器是一种能够感知光线强度并将其转化为电信号的传感器，其
工作原理主要基于光电效应和半导体材料的特性。
通过光电二极管或光敏电阻等器件，光敏传感器能够将光能转化为电能，并在许多电子设备中发挥着重要作用。
光敏传感器在自动控制、光敏开关、光敏测距等领域有着广泛的应用前景，对于提高设备的智能化水平和节能减排具有重要意义。
光敏传感器使用手册
光敏传感器使用手册一、引言光敏传感器是一种能够检测环境光强度的设备，它能够在光照条件发生变化时提供准确的反馈。
本手册将介绍光敏传感器的基本知识，包括使用前的准备、安装、操作方法以及常见问题的解决方法。
二、光敏传感器的工作原理光敏传感器通过感测外界环境中的光照强度来实现其功能。
它通常由光敏电阻器和一个预先调整好的电路组成。
光敏电阻器可以根据光照强度的变化来改变其电阻值，从而反映出光强度的变化。
使用者可以通过读取光敏传感器输出的电压值或电阻值来得知当前环境的光照强度。
三、使用前的准备工作1. 材料清单：- 光敏传感器- 接线材料- 开发板或者控制器- 手册/说明书2. 检查设备：在开始使用光敏传感器之前，确保所有设备完好无损。
检查电路连接是否牢固，同时检查光敏传感器表面是否有污垢或损伤。
3. 学习相关知识：在使用光敏传感器之前，建议学习一些关于传感器的知识，包括电路连接、编程和数据处理等方面的知识。
四、光敏传感器的安装在安装光敏传感器时，应注意以下几点：1. 安装位置：光敏传感器应当安装在需要检测光照强度的位置。
避免将传感器安装在有遮挡物的地方，以免影响光照强度的准确检测。
2. 保护传感器：在安装传感器时，应注意保护传感器不受到外界物体的碰撞和损坏。
可以使用适当的外壳或支架来增强传感器的保护。
3. 连接设备：在将光敏传感器连接到控制器或开发板时，确保电路连接正确无误。
五、操作方法下面是使用光敏传感器的基本操作方法：1. 连接传感器：将光敏传感器的引脚正确连接到控制器或开发板的相应引脚上。
2. 设置参数：根据需要，可以通过编程设置光敏传感器的相关参数，如灵敏度等。
3. 读取数据：使用合适的编程语言或开发平台，编写程序以读取光敏传感器输出的数据。
一般来说，可以通过读取传感器输出的模拟电压值或电阻值来得知光照强度。
4. 数据处理：根据需要，可以对传感器输出的数据进行进一步处理，如转换为光照强度的百分比或某种特定的单位。
光敏传感器
二、光电发射二极管
通常人们把检测装置中发射电子 的极板称为阴极， 的极板称为阴极，吸收电子的极板称 为阳极，且将两者封于同一壳内， 为阳极，且将两者封于同一壳内，连 上电极，就成为光电二极管。 上电极，就成为光电二极管。
光电阴极 光窗
如右图，一般阴极具有一定的几何形状， 如右图，一般阴极具有一定的几何形状， 用以有效地吸收最大光强（ 用以有效地吸收最大光强（如阴极部分为球 面或半圆筒状）。 面或半圆筒状）。
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1） 普朗克常数，6.626× 光的频率（
下面需要介绍一些光学中常用的概念： 下面需要介绍一些光学中常用的概念：
（1）光通量Φ：光源向各个方向射出的光功率，也即单 光通量Φ 光源向各个方向射出的光功率， 位时间射出的光能量； 表示。单位：流明（lumen， 位时间射出的光能量；以Φ表示。单位：流明（lumen， lm） 简：lm） （2）光强I：光源在单位立体角内辐射的光通量，以I表 光强I 光源在单位立体角内辐射的光通量， 示。单位：坎德拉（简：cd） 单位：坎德拉（ cd）
光电发射检测装置
Il/μA
RL hγ V
光强/cd 光强/cd
检流计测光电流I 检流计测光电流IL
给发射材料上放置一个电子接收板连成一个光电发射检 测装置。 测装置。 测定出逸出电子随光的强度和光的频率变化情况。 测定出逸出电子随光的强度和光的频率变化情况。
可以看出： 可以看出：
Il/μA
（1）当hγ>hγ0时，在足够的外加电压作 ） 用下，若入射光的频率一定时， 用下，若入射光的频率一定时，饱和光电 流Il的大小与光强成正比
光的波粒二象性
光能
光敏传感器工作原理
光敏传感器工作原理
光敏传感器（Photodetector）是一种能够将光信号转化为电信
号的器件。
它能够感知光线的强弱，并将光信号转换成与之相关的电信号输出。
光敏传感器的工作原理基于光电效应。
光电效应是指当物体受到光照射时，物体的电子受到激发而从原子或分子中被释放出来，形成自由电子。
光敏传感器中常用的光电效应有光电子效应、光电效应和光电效应。
在光敏传感器中，常用的光电效应是光导效应。
光导效应是指当光线照射到光敏材料上时，光子被吸收并激发出了一对电子-空穴对。
这对电子-空穴对在材料中产生电流，并在外部电路
中形成电压信号。
光敏传感器的核心部分是光敏元件。
光敏元件通常是一块半导体材料，如硅(Si)或锗(Ge)。
它们具有特殊的能带结构，使得
光敏元件能够吸收光子并激发电子跃迁。
光照射到光敏元件上时，光子的能量会激发出电子，使其从价带跃迁到导带。
这些跃迁的电子在导带中自由移动，形成电流。
电流的强弱取决于光照的强度，也就是光子的数量。
光敏传感器通常还包括一个信号放大电路，用于增强光敏元件接收到的微弱电流。
信号放大电路会将增强后的电流转换为电压信号输出，并将其传送到外部系统进行进一步处理。
总之，光敏传感器通过在光敏元件中利用光电效应将光信号转化为电信号，实现对光线的探测和测量。
它在许多领域中都有广泛应用，如光通信、光电子学、光学测量等。
光敏传感器的原理
光敏传感器的原理
光敏传感器是一种能够检测光线强度的电子元件。
它可以将光信号转换为电信号，从而实现对光的探测和测量。
光敏传感器的工作原理基于光致电流效应或光电效应。
光致电流效应是指当光照射在材料表面时，光子会激发材料中的电子从价带跃迁到导带，产生电流。
而光电效应是指在某些材料表面，光照射会使得表面脱离电子，形成电荷分离，从而产生电压或电流。
光敏传感器的结构通常由一个光敏元件和一个信号处理电路组成。
光敏元件是由一种光敏材料构成的，如硒化铟、硫化锌、硅等。
光敏元件的结构多样，常见的有光敏二极管（Photodiode）、光敏三极管（Phototransistor）和光敏电阻（Photoresistor）等。
在光敏传感器中，光线通过光敏元件照射后，光敏材料中的电子将受到激发，并跃迁到导带中。
这些被激发的电子将形成电流或电荷，进而导致电压或电流的变化。
信号处理电路会将光敏元件产生的电压或电流转换为相应的信号输出，以便于测量和分析。
根据不同的应用需求，信号处理电路可以选择使用放大器、滤波器、模数转换器等器件进行信号增强、滤波和数字转换。
光敏传感器广泛应用于许多领域，如自动照明系统、光电探测器、摄像头、光电开关等。
它们具有灵敏度高、响应快、结构
简单等优点。
通过利用光敏传感器，我们可以实现对光线的精确测量和控制。
光敏传感器的原理及应用
光敏传感器的原理及应用
嘿，朋友们！今天咱来聊聊光敏传感器呀！这玩意儿可神奇了呢！
你想啊，光敏传感器就像是我们的眼睛，能敏锐地察觉到光的变化。
它的原理呢，其实就是利用一些特殊的材料，这些材料对光特别敏感，光一照，它们就会产生一些奇妙的反应，然后把光的信息转化成电信号或者其他我们能理解的形式。
这就好比是一个超级厉害的翻译官，把光的语言翻译成我们能懂的语言。
那它都有啥用呢？哎呀，用处可多啦！比如说，我们家里的路灯，为啥白天不亮晚上亮呢？这可就多亏了光敏传感器啦！它能感觉到光线暗下来了，就像一个小机灵鬼一样，赶紧告诉路灯：“嘿，天黑啦，该你亮啦！”这样我们晚上走路就不用担心看不清啦。
再说说我们的手机，很多手机不是能自动调节屏幕亮度吗？这也是光敏传感器在帮忙呀！它能根据周围环境的光线强弱，告诉手机该把屏幕调亮一点还是暗一点，多贴心呀！就好像是你的私人光线小管家。
还有啊，在一些自动化的工厂里，光敏传感器也大显身手呢！它可以检测产品上的光信号，确保生产过程的准确性和高效性。
这就像是一个一丝不苟的质检员，不放过任何一个小细节。
你说这光敏传感器是不是特别牛？它虽然小小的，但是却能发挥大大的作用。
就好像我们生活中的很多小事物一样，平时可能不太起眼，但是关键时刻却能帮上大忙。
而且啊，随着科技的不断进步，光敏传感器的应用肯定会越来越广泛。
说不定以后啊，我们生活中的方方面面都离不开它呢！想象一下，以后我们的家里、工作的地方、走在路上，到处都有光敏传感器在默默地工作，为我们的生活带来便利和舒适。
所以啊，可别小看了这小小的光敏传感器哦！它可是科技的小魔法师，用它神奇的力量让我们的生活变得更加美好呢！怎么样，是不是对它刮目相看啦？。
光敏传感器(DOC)
光敏传感器(DOC)吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1章绪论1.1设计目的在学习了光敏传感器技术理论课和进行了基础实验后，进行课程设计，目的是进一步提高学生运用所掌握的数字电子电路的分析和设计方法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际生活中的应用。
1.2设计的主要内容1.设计制作一个光敏传感器应用电路。
2.光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件。
3.通过电位器调节感光灵敏度。
4.电气设备的选择。
5.当光线低于设定值时，LED灯点亮。
1.3设计要求第1页共13页吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第2章光敏传感器设计方案分析2.1传感器的作用现在的信息技术发展革命，用人自身感觉器官既无法得到准确的数据，同时对很多无法用器官感测的事物不得不望而止步，而传感器就是一种代替人的感觉器官来获取信息、数据的媒介。
在工业生产中，对于高精密的产品要接助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。
在科研究中，传感器更具有突出的地位。
许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量。
例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm 的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
光敏传感器
第1章绪论1.1 设计目的在学习了光敏传感器技术理论课和进行了基础实验后，进行课程设计，目的是进一步提高学生运用所掌握的数字电子电路的分析和设计方法与分析实际电路的基本技能，并了解基本单元电路在实际生活中的应用。
通过课程设计，使学生加强对光敏传感器技术的理解，学会查阅资料、方案比较以及设计、制作、调试等技能，增强分析、解决实际问题的能力。
要求对光敏传感器技术基础知识有较全面和深刻的理解。
通过此次课程设计，使所学的光敏传感器技术知识进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。
通过理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。
学会使用规范、标准及有关设计资料。
初步掌握设计步骤和基本内容，掌握编写设计说明书的基本方法。
在制作光敏传感器过程中得到了初步锻炼。
1.2 设计的主要内容1. 设计制作一个光敏传感器应用电路。
2. 光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件。
3. 通过电位器调节感光灵敏度。
4. 电气设备的选择。
5. 当光线低于设定值时，LED灯点亮。
1.3 设计要求1.能够按照要求独立完成课程设计部分；2.学会查阅技术手册和文献资料；3.进一步熟悉常用集成电路的设计方法；4.初步掌握电路的调试技能和故障排除方法；5.填写设计任务书，撰写课程设计论文。
第2章光敏传感器设计方案分析2.1传感器的作用现在的信息技术发展革命，用人自身感觉器官既无法得到准确的数据，同时对很多无法用器官感测的事物不得不望而止步，而传感器就是一种代替人的感觉器官来获取信息、数据的媒介。
在工业生产中，对于高精密的产品要接助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。
在科研究中，传感器更具有突出的地位。
许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量。
第二章 光敏传感器3
2.4红外热释电红外线敏感元件按工作原理可以分为两大类：量子型：可以直接把红外光转换为电能（例如对红外线敏感的光敏电阻：当没有光照时，流过光敏电阻的是暗电流，有光照时，在有光照时电流就会增加，所增加的电流称为光电流，当光强增大时光电导增大，光电流就成比例增大。
和pn 结型光生伏特效应器件：光照PN 结后，半导体材料吸收光能，在PN 结上产生电动势的现象，称为光生伏特效应。
）所以说两者都实现了红外光到电能的转换。
热电型：当入射光照射某些材料时，部分光被吸收而变为热能，使材料的温度升高，电学性质发生变化，人们利用这个现象制成了测量光辐射的器件。
这类器件中应用最广泛的就是红外光敏器件。
特点是：有较宽的红外波长的相应范围，广泛用于自动控制方面。
2.4.1 热丝电效应及器件一些铁电晶体吸收红外光后被加热，温度升高到一定温度时，就会发生自发极化现象，表面产生极化电荷，吸附空气中的相反极性的电荷达到平衡；当温度再升高时，极化强度又降低，使单位面积上极化电荷减少，为了达到平衡，必须释放一定量的吸附电荷；若与一个电阻连成回路，会形成电流I S ，则电阻上可产生一定的压降（ΔV），这种现象称为热释电效应。
1.光吸收由物理光学可知，光照射到材料上后一部分被吸收，且光强随着透过材料的深度而指数衰减，距表面x 处的光强表示为：x e x α−Φ=Φ0)( 光强随x 增大成指数衰减规律。
式中α是吸收系数，也称为相对衰减梯度，从图上可以看出，它与材料和光的波长有关;φ0为照射到材料表面的光强。
因此，为使光照引起整个材料的T 易达到热平衡，一般采用陶瓷薄片。
2.输出如果连续光照，最后会达到热平衡，即吸热等于放热时，温度不再变化，那么材料就不再释放电荷，R 上的压降就变为零，即无信号输出。
因此热释电效应只能探测辐射的变化。
dt dT R S R dt dT dT dp S R dt dp S V s s ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅=Δχ式中S 为电极面积，dt dp s 为自发极化矢量随时间的变化，dT dp s 是热释电系数γ，dtdT 是温度对时间的变化率，可以说是温度的变化速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
用硫状图案， 结构见
光电导体 A
下图。
金属封装的硫化镉光敏电阻结构图
它是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或 铟等金属形成的。这种硫状电极，由于在间距 很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积，所 以提高了光敏电阻的灵敏度。图（c）是光敏电 阻的代表符号。
1 2 3 4 5 6 7 (a)结构 (b)电极 (c)符号
hν=
h⋅c
1 . 24
光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘 衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收 光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然 产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有 限，因此光电导体一 电极 引线 般都做成薄层。为了 获得高的灵敏度，光 引线 敏电阻的电极一般采
放大倍数 106 105 104 103 极间电压/V 25 0 75 100 125
光电倍增管的特性曲线
（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电倍 增管的阴极灵敏度 阴极灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子 阴极灵敏度 数叫做光电倍增管的总灵敏度 总灵敏度。 总灵敏度 光电倍增管的最大灵敏度可达10A/lm，极间电压越 高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使 阳极电流不稳。 另外，由于光电倍增管的灵敏度很高，所以不能受 强光照射，否则将会损坏。
1. 光敏电阻的工作原理和结构
当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半 导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带 上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价 带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能 级的跃迁，入射光的能量必须大于光导体材料的禁带 宽度Eg，即
≥Eg(eV) λ λ 式中ν和λ—入射光的频率和波长。 一种光电导体，存在一个照射光的波长限λC ，只 有波长小于λC的光照射在光电导体上，才能产生电子 在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。 =
2. 主要参数 （1）倍增系数M 倍增系数M等于n个倍增电极的二
次电子发射系数δ的乘积。如果n个倍增电极的δ都相同， 则M= 因此，阳极电流 I 为 δ in i —光电阴极的光电流 I = i · δ in 光电倍增管的电流放大倍数β为 β= I / i = δ in M与所加电压有关，M在105~108之间，稳定性为1％左 右，加速电压稳定性要在0.1％以内。如果有波动，倍 增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般 阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍 增电极的电位差为50~100V。对所加电压越稳越好，这 样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。
L/lx
（3）光谱特性
光谱特性与光敏电阻的材料有关。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。
光电阴极 光窗
阳极
光电管的结构示意图
2. 主要性能
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） 光电管的伏安特性
IA/ µA
12 10 8 6 4 2 0 50 120µlm 100µlm 80µlm 60µlm 40µlm 20µlm 100 150 200
（4）光电倍增管的光谱特性
光谱特性反应了光电倍增管的阳极输出电流与照射 在光电阴极上的光通量之间的函数关系。对于较好的 管子，在很宽的光通量范围之内，这个关系是线性的， 即入射光通量小于10-4lm时，有较好的线性关系。光通 量大，开始出现非线性，如图所示。
10－1
阳 极 电 流 /A
10－3 10－5 10－7 10－9 10－10 10－13 10－14 10－10 10－6 10－2 光通量/1m 与直线最大 偏离是3% 在 45mA 处饱和
hc 1.24 hν = = ≥ Eg
λ
λ
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。 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。
（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。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极 管、三极管。
二、光电管及其基本特性 1. 结构与工作原理
光电管有真空光电管和 充气光电管或称电子光电管 和离子光电管两类。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。阳极 通常用金属丝弯曲成矩形或 圆形，置于玻璃管的中央。
IA/ µA
100 75 50 25
2 1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Φ/1m
光电管的光照特性
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 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。
二、光电倍增管及其基本特性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受 过程 ： 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
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
Eg
禁带 价带
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
阳极与末级倍增极间的电压/V
在一定的光照射 下，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。
图2.1-1 光电管的伏安特性
（2） 光电管的光照特性
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。 氧铯阴极光电 其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极 氧铯阴极
当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小， 只有零点几µA，很不容易探测。这时常用光电倍增管对 电流进行放大，下图为其内部结构示意图。
1. 结构和工作原理
由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半 导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯 材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子 的，收集到的电子数是阴极 光电阴极 阳极 发射电子数的105~106倍。即 光电倍增管的放大倍数可达 几万倍到几百万倍。光电倍 增管的灵敏度就比普通光电 管高几万倍到几百万倍。因 此在很微弱的光照时，它就 第一倍增极 第三倍增极 能产生很大的光电流。 入射光
2、内光电效应 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，电子吸收光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，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。
I RL RG E
2. 光敏电阻的主要参数和基本特性 暗电阻、亮电阻、 （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。 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。 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。 实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1M ,甚至高达 100M ，而亮电阻则在几k 以下，暗电阻与亮电阻之 比在102～106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。
式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
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A0。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，也会有光电子射出。 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。
RG
1-1--光导层; ; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳; 4--电极; 5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃; 7--电阻引线。
CdS光敏电阻的结构和符号
光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此要将导 光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连 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，其连线电路如图所示。 光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性， 光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、 重量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用比较广泛。
1、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。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子 的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必 须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过 部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应 多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金 属释放电子所需时间不超过10-9s。 根据能量守恒定理 1 2 hν = m υ 0 + A0 2