光敏传感器电子教案
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2020/8/3
2.伏安特性
硅光敏二极管
2020/8/3
硅光敏三极管
3.光照特性
硅光敏二极管
2020/8/3
硅光敏三极管
4.频率响应
2020/8/3
硅光敏三极管
5.暗电流－温度特性
暗 电 流 的 温 度 特 性
2020/8/3
6.光电流－温度特性
光 电 流 的 温 度 特 性
2020/8/3
级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加，即
hhc1.24Eg(eV)
v 和 ——入射光的频率和波长
2020/8/3
2020/8/3
（2）光敏电阻的主要参数和基本特性
1.暗电阻、亮电阻、光电阻
暗电阻：在室温下，全暗后经过一段时间测量的电阻值， 此时流过的电流称暗电流，电阻为暗电阻（MΩ）
亮电阻：在某一光照下的阻值，此时流过的电流为亮电流， 电阻为亮电阻（KΩ）
2020/8/3
1、光栅基础
（一）光栅分类及结构
（1）光栅分类
按原理 和用途
透射形式
物理光栅：刻线细密， 利用光的衍射现象，主要用于光 谱分析和光波长等量的测量；
计量光栅：主要利用莫尔现象实现长度、角度、速度、 加速度、振动等几何量的测量。
1.硫化镉 2.硫化铅
I（uA）
2020/8/3
6.稳定性
照射几百小时后才能 进行测量
t（h）
7.温度特性
2020/8/3
（3）光导电阻与负载的匹配
最大耗散功率：Pmax
IUPmax或IPmax U
由左图得：
I E RL RG
其中：RL——负载电阻 RG——光敏电阻 E——电源电压
2020/8/3
光电转速计的组成框图
2020/8/3
光敏二极管的整形放大电路
3. 实例分析
特点：光电集成传感器，典型入射波长为λp=520nm，内置双
敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈 线性变化。适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、 工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制
电气特性 ：暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光
砷化镓光电池：贵、光电转化效率高
2020/8/3
（1）光电池的结构原理
电路符号及其电路：
2020/8/3
电路符号
电路图
结构图： 工作原理示意图：
2020/8/3
（2）基本特性 1.光照特性
硅光电池
2020/8/3
硒光电池
硒光电池在不同负载时
2.光谱特性
2020/8/3
1——硒光电池 2——硅光电池
应用： 照相机日光控制、光电自动控制、光电耦合、光电自动检测、电子 光控玩具、自动灯开关及各类可见光波段光电控制测量场合。
2020/8/3
六、光 栅 传 感 器
计量光栅测量技术主要是利用光栅的莫尔条纹现象 实现几何测量。
光栅传感器以其高精度、高分辨率、大动态范围， 广泛应用于静态测量、主动测量及自动化等领域。
背光调节：电视机、电脑显示器、LCD背光、手机、数码相
机、MP4、PDA、GPS；
深圳市欧恩光电技术研究所 节能控制：室外广告机、感应照明器具、玩具；
线性光电传感器
仪器 仪表：测量光照度的仪器及工业控制；
环保替代：替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管；
2020/8/3
日本陶瓷株式会社公司 CdS（硫化镉）光敏传感器
（二）应用
1.光电耦合器
（1）结构：
金属密封型
2020/8/3
塑料密封型
（2）砷化镓发光二极管
＋
－
工作原理：
PN
（3）组合形式
2020/8/3
形式结构简单、成本低、50Hz以下工作频率
2020/8/3
高速开关管
功率输出 功能器件
（4）光电耦合器的特性曲线
2020/8/3
2.光电转速计
2020/8/3
受光照电流I增加： 得：
II
E
RLRGRG
UIRL（REL+RRGG） 2 RL
RL=RG 时可获得最大的信号电压，为最佳匹配
2020/8/3
三、光电池
利用光生伏特效应
光电池
Ⅳ族、Ⅵ族单元素 Ⅱ～Ⅵ族、Ⅲ～Ⅴ族化合物
硅光电池：便宜、光电效率高（10％）、寿命长、 用于红外光
硒光电池：贵、光电效率低（0.02％）、寿命长、 可见光
光电阻：亮电阻与暗电阻之差，光电流＝亮电流－暗电流
2020/8/3
2.光照特性
2020/8/3
3.光谱特性
1. 硫化镉 （可见光） 2.硒化镉 （可见光～红外） 3.硫化铅 （可见光～远红外）
2020/8/3
2020/8/3
4.伏安特性
照度﹥0
照度＝0
5.频率特性
100
2020/8/3
0 10 102 103 104
§5 光敏传感器
本节主要包括两大部分：
1、光电传感器 2、光栅传感器
2020/8/3
一. 光电效应
外光电效应 内光电效应 （1）外光电效应：在光线作用下，物体内电子逸出
光子能量 E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s； ν—光的频率（s-1）
2020/8/3
爱因斯坦光电效应方程：
h
照度增强呈线性变化；内置双敏感元，自动衰减近红外，光 谱响应接近人眼函数曲线；内置微信号CMOS放大器、高精度 电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳 定性好； 可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止 、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果； 符合欧盟RoHS指 令，无铅、无镉。
典型应用 ：
1 2
mv02
百度文库
A0
由该式可知：
1）光电子能否产生，决定于光频阈值； 2）入射光频谱不变，产生光电子和光强成正比 3）光电子有初始动能，如果没有阳极电压，也有光电流
如光电流为零，必须加负的截止电压
2020/8/3
二、光敏电阻
（1）原理和结构
一种光电导体，存在一个照射光的波长限 c ，只有 波长限小于 c 的光照射在光电导体上，才能产生电子在能
3.频率响应
2020/8/3
1——硒光电池 2——硅光电池
4.温度特性
2020/8/3
硅光电池在1000lx照度下
（3）光电池的转换效率及最佳负载匹配
Uj UH Uoc IH
Ij I sc
2020/8/3
2020/8/3
（2）光敏管的基本特性 1.光谱特性
（硅）二、三极管适用于红外
（锗）二、三极管适用于远红外
五、光电传感器的类型及分类
（一）光电传感器的类型
1.第一类：连续输出
1.被测物
2.光电元件
3.恒光源
被测物是光源
被测物能吸收光通量
2020/8/3
被测物是有反射能力的表面
被测物遮蔽光通量
2.第二类：断续输出
这类传感器大多用在光电继电式监测器如： 电子计算机光电输入机 转速表的光电传感器
2020/8/3
2.伏安特性
硅光敏二极管
2020/8/3
硅光敏三极管
3.光照特性
硅光敏二极管
2020/8/3
硅光敏三极管
4.频率响应
2020/8/3
硅光敏三极管
5.暗电流－温度特性
暗 电 流 的 温 度 特 性
2020/8/3
6.光电流－温度特性
光 电 流 的 温 度 特 性
2020/8/3
级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加，即
hhc1.24Eg(eV)
v 和 ——入射光的频率和波长
2020/8/3
2020/8/3
（2）光敏电阻的主要参数和基本特性
1.暗电阻、亮电阻、光电阻
暗电阻：在室温下，全暗后经过一段时间测量的电阻值， 此时流过的电流称暗电流，电阻为暗电阻（MΩ）
亮电阻：在某一光照下的阻值，此时流过的电流为亮电流， 电阻为亮电阻（KΩ）
2020/8/3
1、光栅基础
（一）光栅分类及结构
（1）光栅分类
按原理 和用途
透射形式
物理光栅：刻线细密， 利用光的衍射现象，主要用于光 谱分析和光波长等量的测量；
计量光栅：主要利用莫尔现象实现长度、角度、速度、 加速度、振动等几何量的测量。
1.硫化镉 2.硫化铅
I（uA）
2020/8/3
6.稳定性
照射几百小时后才能 进行测量
t（h）
7.温度特性
2020/8/3
（3）光导电阻与负载的匹配
最大耗散功率：Pmax
IUPmax或IPmax U
由左图得：
I E RL RG
其中：RL——负载电阻 RG——光敏电阻 E——电源电压
2020/8/3
光电转速计的组成框图
2020/8/3
光敏二极管的整形放大电路
3. 实例分析
特点：光电集成传感器，典型入射波长为λp=520nm，内置双
敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈 线性变化。适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、 工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制
电气特性 ：暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光
砷化镓光电池：贵、光电转化效率高
2020/8/3
（1）光电池的结构原理
电路符号及其电路：
2020/8/3
电路符号
电路图
结构图： 工作原理示意图：
2020/8/3
（2）基本特性 1.光照特性
硅光电池
2020/8/3
硒光电池
硒光电池在不同负载时
2.光谱特性
2020/8/3
1——硒光电池 2——硅光电池
应用： 照相机日光控制、光电自动控制、光电耦合、光电自动检测、电子 光控玩具、自动灯开关及各类可见光波段光电控制测量场合。
2020/8/3
六、光 栅 传 感 器
计量光栅测量技术主要是利用光栅的莫尔条纹现象 实现几何测量。
光栅传感器以其高精度、高分辨率、大动态范围， 广泛应用于静态测量、主动测量及自动化等领域。
背光调节：电视机、电脑显示器、LCD背光、手机、数码相
机、MP4、PDA、GPS；
深圳市欧恩光电技术研究所 节能控制：室外广告机、感应照明器具、玩具；
线性光电传感器
仪器 仪表：测量光照度的仪器及工业控制；
环保替代：替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管；
2020/8/3
日本陶瓷株式会社公司 CdS（硫化镉）光敏传感器
（二）应用
1.光电耦合器
（1）结构：
金属密封型
2020/8/3
塑料密封型
（2）砷化镓发光二极管
＋
－
工作原理：
PN
（3）组合形式
2020/8/3
形式结构简单、成本低、50Hz以下工作频率
2020/8/3
高速开关管
功率输出 功能器件
（4）光电耦合器的特性曲线
2020/8/3
2.光电转速计
2020/8/3
受光照电流I增加： 得：
II
E
RLRGRG
UIRL（REL+RRGG） 2 RL
RL=RG 时可获得最大的信号电压，为最佳匹配
2020/8/3
三、光电池
利用光生伏特效应
光电池
Ⅳ族、Ⅵ族单元素 Ⅱ～Ⅵ族、Ⅲ～Ⅴ族化合物
硅光电池：便宜、光电效率高（10％）、寿命长、 用于红外光
硒光电池：贵、光电效率低（0.02％）、寿命长、 可见光
光电阻：亮电阻与暗电阻之差，光电流＝亮电流－暗电流
2020/8/3
2.光照特性
2020/8/3
3.光谱特性
1. 硫化镉 （可见光） 2.硒化镉 （可见光～红外） 3.硫化铅 （可见光～远红外）
2020/8/3
2020/8/3
4.伏安特性
照度﹥0
照度＝0
5.频率特性
100
2020/8/3
0 10 102 103 104
§5 光敏传感器
本节主要包括两大部分：
1、光电传感器 2、光栅传感器
2020/8/3
一. 光电效应
外光电效应 内光电效应 （1）外光电效应：在光线作用下，物体内电子逸出
光子能量 E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s； ν—光的频率（s-1）
2020/8/3
爱因斯坦光电效应方程：
h
照度增强呈线性变化；内置双敏感元，自动衰减近红外，光 谱响应接近人眼函数曲线；内置微信号CMOS放大器、高精度 电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳 定性好； 可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止 、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果； 符合欧盟RoHS指 令，无铅、无镉。
典型应用 ：
1 2
mv02
百度文库
A0
由该式可知：
1）光电子能否产生，决定于光频阈值； 2）入射光频谱不变，产生光电子和光强成正比 3）光电子有初始动能，如果没有阳极电压，也有光电流
如光电流为零，必须加负的截止电压
2020/8/3
二、光敏电阻
（1）原理和结构
一种光电导体，存在一个照射光的波长限 c ，只有 波长限小于 c 的光照射在光电导体上，才能产生电子在能
3.频率响应
2020/8/3
1——硒光电池 2——硅光电池
4.温度特性
2020/8/3
硅光电池在1000lx照度下
（3）光电池的转换效率及最佳负载匹配
Uj UH Uoc IH
Ij I sc
2020/8/3
2020/8/3
（2）光敏管的基本特性 1.光谱特性
（硅）二、三极管适用于红外
（锗）二、三极管适用于远红外
五、光电传感器的类型及分类
（一）光电传感器的类型
1.第一类：连续输出
1.被测物
2.光电元件
3.恒光源
被测物是光源
被测物能吸收光通量
2020/8/3
被测物是有反射能力的表面
被测物遮蔽光通量
2.第二类：断续输出
这类传感器大多用在光电继电式监测器如： 电子计算机光电输入机 转速表的光电传感器
2020/8/3