光电传感器优秀课件

梳 状 电 极
半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，提高了光敏电阻的灵敏度。 灵敏度高，光谱特性好，光谱响应从紫外区一直到红外区。 而且体积小、重量轻、性能稳定
2． 光敏电阻的特性
暗电阻和暗电流 光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间 测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流， 称为暗电流。
（2）入射光的频谱成分不变时，产生的光电流 与光强成正比，光强愈大，即入射的光子数目 越多，逸出的电子数也就越多。
1.2外光电效应器件
1.2.1光电管 1.2.2光电倍增管
1．2．1 光电管
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。
Ø光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个
E h 光子具有的能量是：
h ——普朗克常数( J S ) h=6.62620*10-34 尔格.秒
——光的频率（Hz），波长短，频率高，能量大
第一种方式：接受光子能量后，从 一种状态变化到另一种状态。
原子内部的电子一方面绕着原子核作轨迹运 动，另一方面自身作旋转运动。原子内部的电子 可以通过与外部作能量交换而从一种状态变化到 另一种状态。原子所具有的内部能量级一般是不 连续的，这种不连续能量状态称为能级。
亮电阻 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，称为光电流。
伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
勒克斯，照度的单位，指每平方 米的流明（lm）数，lm是光通量 的单位。
在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
1．3．1 光敏电阻 1.结构和原理
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
1.玻璃 2.光电导层 3.电极 4.绝缘衬底 5.金属壳 6.黑色绝缘玻璃 7.引线
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响， 因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。
真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体 其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差
入射光频率不同，阴极发射的光电子的数量 也会不同，即同一光电管对于不同频率的 光的灵敏度不同，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。
光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件， 一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
光电传感器
门禁
光
电
指纹锁
鼠
标
光电开关
料 位 自 动 控 制
光纤 光电管
光栅
光敏电阻
1.1.光电效应理论基础
传统的光敏器件利用各种光电效应，光电效应可分 为： Ø 外光电效应:在光线作用下，能使电子逸出物体表 面的现象。如光电管和光电倍增管。 Ø 内光电效应：
a) 光电导效应:在光线作用下能使物体的电阻率改变 的现象。如光敏电阻。
第二种方式：接受光子能量后，电子逸出
所吸收的 光子能量
逸出后的 电子动能
逸出功
由能量守恒定律有：
E
h
1 2
mv02
A
Ø 如果光子的能量E大于电子的逸出功A，超出的
能量表现在电子逸出的动能，电子逸出物体表面，
产生光电子发射。
Ø 能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大
于物体表面的电子逸出功。
(1)光电子是否逸出，取决于光子的能量是否大 于该物体的逸出功A0.不同的物质具有不同的逸 出功，这意味着每一种物质都有一个对应的光 频阈值。称为红限频率或长波限，光线频率如 低于红限频率，其能量不足于使电子逸出，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，反之入射光频率如高于红限频 率，即使很微弱，也会有光电子射出。
b)光生伏特效应：在光线作用下使物体产生一定方 向的电动势的现象，也称为阻挡层光电效应。如光电 池、光敏晶体管等光电器件。
知识点：光子的有关知识
光的一个基本性质，就是同时具有波动性和微 粒性，即具有波粒二象性。一般地说，在光的干 涉与衍射等现象中，光的波动性较明显，这时往 往把光看成是由一列一列的光波组成的；而在原 子发射或吸收等现象中，光的微粒性较明显，往 往把光看作是一个一个的光子组成的。
1．2．2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 只有几个微安，不易探测。 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
光电倍增管的结构 与工作原理
光电阴极 光电倍增极 阳极 倍增极是在镍或铜铍衬底上涂有锑铯等次发射材 料，,这种材料在具有一定能量的电子轰击下,能产 生更多的次级电子.并且电位逐级升高。 阴极发射的光电子以高速射到倍增极上，引起二 次电子发射 。 二次电子发射系数 σ =二次发射电子数／入射电子数 若倍增极有n，则倍增率为σn。在105~106之间.
.一个光子在阴极能够打出的平均电子数叫做 光电阴极灵敏度.极间电压越高,灵敏度越高, 但极间电压也不能太高,否则使阳极电流不 稳.
.由于环境温度、热辐射和其它因素的影响， 即使没有光信号输入，光电倍增管加上电 压后阳极仍有电流，称为暗电流。所以可能受到人眼看不到的宇宙射线 的照射，会有电流信号输出，称为本底脉 冲。
1.3内光电效应器件
1.3.1 光敏电阻 1.3.2 光电池 1.3.3光敏二极管和光敏晶体管
内光电效应
1)光电导效应： 入射光强改变物质导电率(g=1/R)的物理现象称光 电导效应。 Ø这种效应几乎所有高电阻 率半导体都有，为使电子从 价带激发到导带,从而使导带 的电子和价带的空穴增加， 致使光电导体的电导率变大 (电阻变小） 。入射光子的能量 E0应大于禁带宽度Eg。基于 光电导效应的光电器件为光敏电阻。