第八章 光电传感器资料

磁场
B
UH KH I
5 103 20 100103
2.5 103(T )
压电传感元件
P ZT-8
10 p 20 p
Usr Cc Ci
1000 p
Cf －
＋
Usc
usr usc / k usc /10000 2 10 4V
C r0s
d
1000 8.85 1012 4104 177 pF 0.02
第八章 光电传感器
8.1 光电传感器的基本效应 8.2 8.3 光电导效应及光电元件 8.4 光电伏特效应及光电元件 8.5 CCD图像传感器 8.6 应用光路
8.1 光电传感器的基本效应
1、光电传感器： 被测量
光电元件
光量
电量
2、光与物质作用三种效应
光电效应：
光子与电子作用
热释电效应： 热转换成电
光电二极管
二、光电池
光电池是有源器件,这种器件受到光照时就产生一 定方向的电动势,不需要外部电源供电。
硒光电池、氧化亚铜光电池、硫化铊光电池、硫 化镉光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电 池等
1、结构
接到外电路中可以直接产生电流，不需电源
硅光电池
2、光电池的特性
1）光谱响应特性
硅光电池：峰值800nm, 范围：450nm～1100nm 硒光电池：峰值540nm, 范围：340nm～750nm
2、光敏电阻的伏安特性
3、光敏电阻的光照特性
4.光敏电阻的光谱特性 对不同波长的光，光敏电阻的灵敏度不一样
5.光敏电阻的温度特性 硫化铅的光敏温度特性曲线 峰值随着温度升高而想短波长移动
8.4 光电伏特效应及光电元件
一、光电二极管
(a) 结构原理；（b） 外形；(c) 电路符号
体积小、频率特性好、但弱光下灵敏度低
作业：
1、推导此电路的放大倍数（详细过程） 2、当通过霍尔元件的控制电流大小为100mA，灵敏度系
数为20Vm2/(A·Wb)， 输出U0为200mV，求磁场大小。
放大倍数为：
k 1 2R2 40 R1
霍尔传感器输出电势 U1 U3 U0 / 40 5mV
霍尔电势 U H K H IB
2）光电池的光照特性 电流源
短路电流
开路电压
电流源？电压源 A
V
3）光电池的动态特性（频率特性）
硅光电池 可用于高 速计数
斩波频率
4）光电池的温度特性：温度漂移
8.5 CCD图像传感器
CCD：电荷耦合器件（Charge Coupled Device） MOS：金属-氧化物-半导体
（100nm）
MOS电容
电子“势阱”
电荷转移
CCD 单色相机
CCD彩色相机
基于三棱镜的彩色相机
基于拜耳滤光片的相机
8.6 常用光路
1、光电传感器：
被测量
光电元件
光量
电量
2、反射式： 检测表面粗糙度和缺陷
反射法测量原理
2、透射式 测量孔径和狭缝宽度
透射法测量原理
总结
外部光电效应和内部光电效应 光电倍增管 光敏电阻 光电二极管 光电池 CCD
用于：导弹制导，人体探测等
可见光光敏电阻： 硒、 砷化镓、硅、锗、硫化锌等
可用于：照相机自动曝光、烟雾报警
2、结构与表示符号
光敏电阻结构
三、光敏电阻特性
1、暗电阻、亮电阻和光电流
光敏电阻未受光照时 的电阻称为暗电阻， 此时电流称为暗电流； （兆欧量级）
光敏电阻受到光照时 的电阻称为亮电阻， 此时电流称为亮电流。 （千欧量级）
光谱分析设备, 接收设备：光电倍增管/CCD
8.3 光电导效应及光电元件
光照后电导率（电阻）发生变化的现象，称为光电 导现象；光电导器件常称为光敏电阻。
空带
h
满带
Eg=1.14eV
1090nm
光敏电阻电阻光照关系：
暗电阻值很大
大多数超过 1M欧姆
一、光敏电阻的结构和原理
1、分类：
紫外光敏电阻： 硫化镉（CdS）及硒化镉（CdSe） 红外光敏电阻： 硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等
8.2 1．光电效应
1 2
m
um2
h
A
2、光电倍增管 i=iΦσn
Usc=iR = iΦσn R
阳极
激发二次电极系数(σ) 电子加速
阴极
光子Φ
光电流iΦ
二次电子(σ)
电流 i
பைடு நூலகம்
光电倍增管优点和缺点
优点： 放大倍数很高 线性好 频率特性好
缺点： 体积大 高压：数百伏至1 kV的直流电压供电
一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合
波动相互作用： 光电场感应电信号
3、半导体光电效应
本征半导体： Si、Ge
空带
h Eg=1.14eV
1090nm
满带
电子和空穴一样多的半导体成为本征半导体
4、外光电效应和内光电效应
外光电效应： 电子吸收光子而逃逸出半导体表面 如：光电倍增管、光电管
内光电效应：
电子吸收光子后不能跃出半导体 如：光电导和光生伏特（太阳能电池）
q C f U SC 10001012 2 2109C