自动检测技术第5章 光电传感器PPT课件
合集下载
相关主题
- 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)。
点击此处输入
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
相关文本内容
2
导入：
爱因斯坦认为，光由光子组成，每一个光子具有的能量 为 hf ，正比于光的频率，即（h为普郎克常数），光子 的频率越高（即波长越短）光子的能量就越大。
绿色光的光子就比红色光的光子能量大，相同光通量的 紫外线能量比红外线的能量大得多，紫外线可以杀死病 菌，改变物质的结构等。
由于硅管的暗电流比锗管小几个数
量级，所以在微光测量中采用硅管， 并用差动电路来减小温度的影响。
硅光敏三极管的灵敏度比光敏二极
管高，但它的温漂大，所以在精密 测量中，一般采用硅光敏二极管。
（5）频率特性和时间常数
光敏管频率特性是指其受不同频率
的调制光照时，它的输出与调制频 率的关系。图5-12是光敏二极管的 频率特性曲线。
光敏管的响应时间常数一般在
10-4s～10-5s。硅管时间常数较小， 响应频率高。
图5-12 光敏二极管频率特性 a)输入调制光脉冲 b)光敏二极管脉冲响应
5.1.5 光电阵列
图5-13 线阵CCD a) 外形 b) 内部原理框图
特点： 具有体积小，位数多，分辨率高、信噪比大、动态范围 大，可以在微光下工作等优点，在物体形状、尺寸的检 测、字符阅读、图像识别、传真、摄像等方面得到越来 越多的应用。
光电效应：用光照射到某一物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发 生相应电效应的现象称为光电来自百度文库应。产生的光电效应现象诸
如电阻率的变化、电子逸出、电动势的变化等。
外光电效应：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
内光电效应
光电导效应：光敏电阻、光敏二极管、光敏三 极管、光敏晶闸管。
光生伏特效应：光电池
5.1.2 光电元件
5.1.6 光电池
种类：砷化镓、氧化铜、硫化铬、硅、硒、锗光电池等。常用的是硅 光电池。
1．结构及工作原理
图5-14 光电池 a) 结构示意图 b) 图形符号
2．光电池的基本特性 （1）光谱特性
图5-15示出硒、硅、锗光电池的光谱特性。 使用中可根据光源光谱特性选择光电池，也可以根据光电池
的光谱特性，确定应该使用的光源。
材料：金属硫化物、硒化物、蹄化物等。
暗电阻：置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻值。
亮电阻：置于室温和一定光照度下测得的稳定电阻值。
外形图
原理图
图形符 号
3、光敏二极管
普通的二极管不论在有光照射或者无光情况下，都单向导通， 而光敏二极管在有光照射时双向导通。
图5-4 光敏二极管 a)内部结构 b)结构示意图 c)图形符号 1—负极引角 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—正极引角
5、光敏晶闸管
导通电流比光敏三极管大得多，工作电压可达数百伏，输出 功率大。
图5-6 光敏晶闸管 a)结构简图 b)图形符号
5.1.3 光电器件的基本特性
（1） 光电特性：光电特性是指在加在光电元件上的电压不变的情 况下，光照度与光敏器件的电阻或光电流之间的关系。
图5-7 某光敏电阻的光电特性
图5-8 某光敏晶体管的光电特性 1-光敏二极管 2-光敏三极管
（3）光谱特性 是指光线波长和相对光谱灵敏度之间的关系。
图5-11 硅、锗光敏晶体管的光谱特性
结论：1、当入射光波长增加时，光电器件的相对灵敏度会下降； 当入射光波太短时，相对光谱灵敏度也下降 。 2、材料不同，则响应峰值波长也不同，以此可确定光源和 光电器件的最佳匹配。
（4）温度特性：温度特性是指光电器 件在工作温度范围内的灵敏度、暗 电流或光电流与温度的关系。
1、光电倍增管
光电倍增管原理 图
特点：
①放大光电流 ②灵敏度非常高 ③信躁比大 ④线性好 ⑤多用于微光测量 ⑥体积大、易破碎，工作电压高。
2、光敏电阻
它的工作原理基于内光电效应：若光子能量 hf大于半导体材料的 禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子能量后跃迁到导带，就 产生一个电子—空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。 入射光消失，电子—空穴对逐渐复合，电阻值也逐渐恢复原值。
从图5-8可以看出：此种光敏晶体管光电流与光照度成线性关 系， 光敏三极管的光电特性曲线斜率较大，说明其灵敏度较高。
（2）伏安特性：在保持入射光频谱成分不变的条件下，光电器件 的电流和电压之间的关系称为光电器件的伏安特性。
图5-9 光敏电阻的伏安特性
图5-10 某光敏晶体管的伏安特性 a) 光敏二极管b) 光敏三极管
它利用了二极管的雪崩效应，灵敏度极高，响应速度极快，响应 频率可达几千兆赫，可用于光纤通信及微光测量。
4、光敏三极管
光敏三极管有两个PN结，它的灵敏度比二极管高许多倍。
图5-5 光敏三极管 a)内部结构 b)结构示意图 c)图形符号 d)光敏达林顿三极管 e)光敏三极管的等效电路
1-集电极引角 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引角
几种新型的光敏二极管
PIN光敏二极管 它是在P区和N区之间插入一层电阻率很大的I层，从而减小了PN
结的电容，提高了工作频率。工作电压高达100V左右，光电转换效 率较高，灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆 赫 ，可用作光盘的读出光敏元件，特殊结构的可用于测量紫外线或 射线，以及短距离光纤通信。 APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）
（2）光照特性：短路电流与光照有很好的线性关系
图5-16 某硅光电池的光照特性 1—开路电压曲线 2—短路电流曲线
图5-17 光电池的温度特性
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。
光电器件的物理基础是光电效应，此种测量方法具有反 应快，非接触等优点，故在非电量检测中应用较广。
下面是光电元件的一些图片
光敏二极管
光敏三极管
硅光电池
透射型光电开关
光电耦合器
反射型光电开关
光电编码器
圆柱型光电开关
5.1 光电效应及光电元件
5.1.1 光电效应
第五章 光电传感器
主要讲授:
1、光电效应 2、光电器件（光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、
光敏晶闸管、光电池）的工作原理、基本特性，光电阵列。 3、光电传感器的应用
需要掌握的内容：
1、理解光电效应 2、理解光电器件的工作原理，掌握光电器件的基本特性 3、掌握光电传感器的应用
整体概述
概述一
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
相关文本内容
2
导入：
爱因斯坦认为，光由光子组成，每一个光子具有的能量 为 hf ，正比于光的频率，即（h为普郎克常数），光子 的频率越高（即波长越短）光子的能量就越大。
绿色光的光子就比红色光的光子能量大，相同光通量的 紫外线能量比红外线的能量大得多，紫外线可以杀死病 菌，改变物质的结构等。
由于硅管的暗电流比锗管小几个数
量级，所以在微光测量中采用硅管， 并用差动电路来减小温度的影响。
硅光敏三极管的灵敏度比光敏二极
管高，但它的温漂大，所以在精密 测量中，一般采用硅光敏二极管。
（5）频率特性和时间常数
光敏管频率特性是指其受不同频率
的调制光照时，它的输出与调制频 率的关系。图5-12是光敏二极管的 频率特性曲线。
光敏管的响应时间常数一般在
10-4s～10-5s。硅管时间常数较小， 响应频率高。
图5-12 光敏二极管频率特性 a)输入调制光脉冲 b)光敏二极管脉冲响应
5.1.5 光电阵列
图5-13 线阵CCD a) 外形 b) 内部原理框图
特点： 具有体积小，位数多，分辨率高、信噪比大、动态范围 大，可以在微光下工作等优点，在物体形状、尺寸的检 测、字符阅读、图像识别、传真、摄像等方面得到越来 越多的应用。
光电效应：用光照射到某一物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发 生相应电效应的现象称为光电来自百度文库应。产生的光电效应现象诸
如电阻率的变化、电子逸出、电动势的变化等。
外光电效应：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
内光电效应
光电导效应：光敏电阻、光敏二极管、光敏三 极管、光敏晶闸管。
光生伏特效应：光电池
5.1.2 光电元件
5.1.6 光电池
种类：砷化镓、氧化铜、硫化铬、硅、硒、锗光电池等。常用的是硅 光电池。
1．结构及工作原理
图5-14 光电池 a) 结构示意图 b) 图形符号
2．光电池的基本特性 （1）光谱特性
图5-15示出硒、硅、锗光电池的光谱特性。 使用中可根据光源光谱特性选择光电池，也可以根据光电池
的光谱特性，确定应该使用的光源。
材料：金属硫化物、硒化物、蹄化物等。
暗电阻：置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻值。
亮电阻：置于室温和一定光照度下测得的稳定电阻值。
外形图
原理图
图形符 号
3、光敏二极管
普通的二极管不论在有光照射或者无光情况下，都单向导通， 而光敏二极管在有光照射时双向导通。
图5-4 光敏二极管 a)内部结构 b)结构示意图 c)图形符号 1—负极引角 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—正极引角
5、光敏晶闸管
导通电流比光敏三极管大得多，工作电压可达数百伏，输出 功率大。
图5-6 光敏晶闸管 a)结构简图 b)图形符号
5.1.3 光电器件的基本特性
（1） 光电特性：光电特性是指在加在光电元件上的电压不变的情 况下，光照度与光敏器件的电阻或光电流之间的关系。
图5-7 某光敏电阻的光电特性
图5-8 某光敏晶体管的光电特性 1-光敏二极管 2-光敏三极管
（3）光谱特性 是指光线波长和相对光谱灵敏度之间的关系。
图5-11 硅、锗光敏晶体管的光谱特性
结论：1、当入射光波长增加时，光电器件的相对灵敏度会下降； 当入射光波太短时，相对光谱灵敏度也下降 。 2、材料不同，则响应峰值波长也不同，以此可确定光源和 光电器件的最佳匹配。
（4）温度特性：温度特性是指光电器 件在工作温度范围内的灵敏度、暗 电流或光电流与温度的关系。
1、光电倍增管
光电倍增管原理 图
特点：
①放大光电流 ②灵敏度非常高 ③信躁比大 ④线性好 ⑤多用于微光测量 ⑥体积大、易破碎，工作电压高。
2、光敏电阻
它的工作原理基于内光电效应：若光子能量 hf大于半导体材料的 禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子能量后跃迁到导带，就 产生一个电子—空穴对，使电阻率变小。光照越强，阻值越低。 入射光消失，电子—空穴对逐渐复合，电阻值也逐渐恢复原值。
从图5-8可以看出：此种光敏晶体管光电流与光照度成线性关 系， 光敏三极管的光电特性曲线斜率较大，说明其灵敏度较高。
（2）伏安特性：在保持入射光频谱成分不变的条件下，光电器件 的电流和电压之间的关系称为光电器件的伏安特性。
图5-9 光敏电阻的伏安特性
图5-10 某光敏晶体管的伏安特性 a) 光敏二极管b) 光敏三极管
它利用了二极管的雪崩效应，灵敏度极高，响应速度极快，响应 频率可达几千兆赫，可用于光纤通信及微光测量。
4、光敏三极管
光敏三极管有两个PN结，它的灵敏度比二极管高许多倍。
图5-5 光敏三极管 a)内部结构 b)结构示意图 c)图形符号 d)光敏达林顿三极管 e)光敏三极管的等效电路
1-集电极引角 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引角
几种新型的光敏二极管
PIN光敏二极管 它是在P区和N区之间插入一层电阻率很大的I层，从而减小了PN
结的电容，提高了工作频率。工作电压高达100V左右，光电转换效 率较高，灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆 赫 ，可用作光盘的读出光敏元件，特殊结构的可用于测量紫外线或 射线，以及短距离光纤通信。 APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）
（2）光照特性：短路电流与光照有很好的线性关系
图5-16 某硅光电池的光照特性 1—开路电压曲线 2—短路电流曲线
图5-17 光电池的温度特性
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。
光电器件的物理基础是光电效应，此种测量方法具有反 应快，非接触等优点，故在非电量检测中应用较广。
下面是光电元件的一些图片
光敏二极管
光敏三极管
硅光电池
透射型光电开关
光电耦合器
反射型光电开关
光电编码器
圆柱型光电开关
5.1 光电效应及光电元件
5.1.1 光电效应
第五章 光电传感器
主要讲授:
1、光电效应 2、光电器件（光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、
光敏晶闸管、光电池）的工作原理、基本特性，光电阵列。 3、光电传感器的应用
需要掌握的内容：
1、理解光电效应 2、理解光电器件的工作原理，掌握光电器件的基本特性 3、掌握光电传感器的应用
整体概述
概述一