第十章光电传感器第一讲(1)
光电传感器概述重点课件
Hale Waihona Puke 度稳定性温度稳定性是指光电传感器在 温度变化下保持其性能不变的 能力。
由于光电传感器通常由半导体 材料制成，因此温度变化可能 会影响其性能，如灵敏度、响 应速度等。
提高温度稳定性的方法包括采 用温度补偿技术、选择适合特 定温度范围的材料和结构等。
可靠性
可靠性是衡量光电传感器在长时 间使用下保持其性能的能力的指
要点二
详细描述
光纤传感器利用光纤中光的传输特性，如相位、偏振态、 强度等，来检测温度、压力、位移等物理量。光纤传感器 在石油化工、航空航天、能源等领域有广泛应用，用于监 测管道压力、油罐液位、矿井安全等。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外辐射进行检测的传感器，具 有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强等优点。
详细描述
光电开关通过发射器和接收器之间的光线传 输来进行检测，当光线被阻挡或反射时，接 收器会输出相应的电信号，从而实现开关控 制。在自动化生产线、安全防护等领域，光 电开关被广泛应用于检测物体是否存在、运 动速度和方向等参数。
光电编码器
总结词
光电编码器是一种通过光电转换原理实现角度或位置测量的传感器，具有高精度、 高分辨率、可靠性高等优点。
标。
高可靠性的光电传感器能够在长 时间使用下保持稳定的性能，适 用于需要长期稳定运行的应用场 景，如工业控制、航天探测等。
提高可靠性的方法包括优化传感 器设计、采用高质量的材料和制 造工艺、进行充分的测试和验证
等。
04 光电传感器的应用实例
光电开关
总结词
光电开关是一种利用光电效应进行检测的开 关器件，具有非接触、响应速度快、可靠性 高等优点。
光电耦合器
光电传感器PPT
图像传感器广泛应用于摄像机、数码相机、安防监控等领域，能够捕捉和记录图 像信息，为人们提供视觉感知和数据记录的功能。
04
光电传感器的挑战与未来发 展
提高灵敏度和精度
01
灵敏度和精度是光电传感器的重 要性能指标，提高这两个指标有 助于提高传感器对目标物体的检 测能力和测量精度。
02
可以通过优化光电传感器的结构 设计、改进制造工艺、采用高性 能材料等方法来提高其灵敏度和 精度。
05 结论
光电传感器的重要性和发展前景
光电传感器在自动化生产、智能家居、 环境监测等领域具有广泛的应用，能够 实现非接触、高精度、快速响应的测量 和检测，对提高生产效率和产品质量具
有重要意义。
随着科技的不断进步，光电传感器技术 也在不断发展，未来将会有更多的新型 光电传感器出现，如红外传感器、光纤 传感器等，其应用领域也将不断拓展。
详细描述
光电开关通过将光信号转换为电信号 ，实现物体的位置、速度、距离等参 数的检测和控制。广泛应用于自动化 生产线、机器人、安防系统等领域。
红外传感器
总结词
红外传感器是一种利用红外线进 行检测的传感器，具有非接触、 高精度和快速响应的特点。
详细描述
红外传感器能够检测物体的温度 、辐射能量等参数，常用于温度 测量、热成像、气体分析等领域 。
光纤传感器
总结词
光纤传感器是一种利用光纤传输光信号进行检测的传感器，具有抗电磁干扰、 耐腐蚀、高灵敏度的特点。
详细描述
光纤传感器能够检测物体的位移、压力、温度、折射率等参数，广泛应用于石 油化工、航空航天、医疗等领域。
图像传感器
总结词
图像传感器是一种能够将光学图像转换为数字信号的传感器，具有高分辨率、低 噪声、动态范围广的特点。
光电传感器-PPT
⑴槽型光电传感器 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同样开窗口，以便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，发射区较小，入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏，发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三极管的穿透电流还小；当有光照时，激发大量的电子-空穴对，使得基极产生的电流Ib增大，此刻流过管子的电流称为光电流，集电极电流Ic=（1+β）Ib，可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
光电传感器通常由三部分构成，它们分别为：发送器、接收器和检测电路。 发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源，这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。
接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。
常用光电传感器介绍课件
PART 03
常用光电传感器介绍
光电倍增管
总结词
光电倍增管是一种高灵敏度的光电转换 器件，能够将微弱的光信号转换为电信 号，常用于夜视、光谱分析等领域。
VS
详细描述
光电倍增管由光电阴极、倍增极和阳极组 成，能够将入射光子转化为电子，并通过 多级倍增极放大电子数量，最终输出电信 号。由于其高灵敏度和低噪声等特点，光 电倍增管在许多高精度和高灵敏度的光电 器件中得到广泛应用。
详细描述
小型化光电传感器具有体积小、重量轻、易于携带等优 点，适用于空间受限的应用场景，如消费电子产品、无 人机等。集成化光电传感器则将光电转换器件与信号处 理电路集成在一起，实现更高效的光电转换和信号处理 功能，有助于提高系统性能和降低成本。
多功能化、智能化
总结词
光电传感器正朝着多功能化和智能化的方向发展，能 够实现多种光信号的检测和处理，并具备自适应、自 校准等智能功能。
硅光电池
总结词
硅光电池是一种将光能转换为电能的传感器， 具有高效率、低成本、稳定性好等优点，广 泛应用于太阳能光伏发电和各种光检测器中。
详细描述
硅光电池利用硅半导体材料的光电效应，当 入射光照射到硅光电池上时，光子被吸收并 释放出电子-空穴对，形成光生电流。由于 硅光电池的转换效率高、性能稳定可靠，因 此被广泛应用于太阳能光伏发电和各种光检 测器中。
对被测物体有要求
光电传感器的测量效果受到被测物体表面性质的影响，对于某 些特殊表面（如镜面、半透明等）的物体，测量效果可能不佳。
PART 05
光电传感器的发展趋势
高精度、高灵敏度
要点一
总结词
随着科技的不断进步，光电传感器在精度和灵敏度方面取 得了显著提升，能够更准确地检测和响应各种光信号变化。
光电传感器的应用(1)ppt课件
6.2 光电传感器的运用
图 6.22 光电转速计
6.2 光电传感器的运用
3．条形码扫描笔
扫 描 笔 的 构 造 如 图 6.23 所 示 ，
前方为光电读入头，当扫描笔头
在条形码上挪动时，假设遇到黑
色线条，发光二极管发出的光线
将被黑线吸收，光敏三极管接受
不到反射光，呈现高阻抗，处于
截止形状；当遇到白色间隔时，
6.2.3 光电传感器运用举例 1．反射式烟雾报警器
〔a〕构造
〔b〕电路
图 6.21 烟雾报警器
6.2 光电传感器的运用
2．光电转速计 光电转速计如图6.22所示。在待测转速铀上
固定一带孔的设置盘，在设置盘一边为恒光源， 另一边接光电转换器。当光电转换器V1无光照 时，V1、T1、T2截止，T3饱和，UO为低电平。 当恒光源产生的光经过小孔照到光电传感器上， 即V1有光照时，V1、T1、T2导通、T3截止， UO为高电平，因此转轴每转一周，电路就输 出一个脉冲信号，送入计数器进展计数，经过 计算可以得出转速，并可经过显示器进展显示。
发光二极管所发出的光线，被反
射到光敏三极管，光敏三极管产
生光电流而导通。整个条形码被
扫描笔扫过之后，光敏三极管将
条形码变成了一个个电脉冲信号，
该信号经放大、整形后便构成了
脉冲列，再经计算机处置后，完 图 6.23 条形码扫描笔 成对条形码信息的识读。
6.2 光电传感器的运用
3．反射式 反射式光电传感器如图6.20〔c〕所示，恒
光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被 测物外表反射到光电器件上，反射的光通量取 决于被测物体的反射条件。由于反射光通量的 多少取决于被测对象外表的性质和形状，因此 反射式光电传感器常用于丈量工件外表的粗糙 度、纸张的白度等。
光电传感器第1节课件
电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为 光敏电阻的光电特性。 光电传感器第1节课件
在1.5.1节讨论光电导效应时我们看到，光敏电阻在弱辐射和 强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性），式（184）与（1-87）分别给出了它在弱辐射和强辐射作用下的光电导 与辐射通量的关系。
PCI-L-2 PCI-L-3 PCI-4 PCI-5 PCI-6
PCI2TE-4 PCI2TE-6 PCI2TE-12
0.5~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12 2~12
2~12
2~12
峰值响 应
（μm） 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6
0
0
0
0
t=0 t≥0 t=0
光电传感器第1节课件
t≥0
（3-8） （3-9）
• 光敏电阻电导率的变化规律为
0t
a n ht
其光电流的变化规律为
I
I0t
a
n
ht
停止辐射时光电导率和光电流的变化规律可表示为011来自/II01
1t /
光电传感器第1节课件
（3-10） （3-11）
3.2.5 噪声特性
在恒定电压的作用下，流过光敏电阻的光电流Ip为
Ip gpUUgSE (3-1)
式中Sg为光电导灵敏度，E为光 敏电阻的照度。显然，当照度很 低时，曲线近似为线性，Sg由式 （1-85）描述；随照度的增高， 线性关系变坏，当照度变得很高 时，
曲线近似为抛物线形，Sg由光电式传感（器1第-18节7课）件 描述。
光电式传感器的原理与应用课件PPT
➢ (3) 光生伏特效应:在光线作用下，物体产生一定方向 电动势的现象。基于光生伏特效应原理的器件属于半 导体光电元件,有光电池等。
➢ (4) 热释电现象：热电材料受红外光等照射时，若其 表面温度上升或下降,则该表面产生电荷的现象。
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5
10.1 光电效应及光电器件
➢10.1.1 光电管 ➢10.1.2 光电倍增管 ➢10.1.3 光敏电阻 ➢10.1.4 光敏二极管 ➢10.1.5 光敏晶体管 ➢10.1.6 光电池 ➢10.1.7 光电传感器的应用
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6
10.1.1 光电管
(a)反射式光电阴极光电管 (b)透射式光电阴极光电管
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硫化铅的光谱温度特性
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17
10.1.4光敏二极管
光敏二极管的工作原理也是基于内光电效 应，与光敏电阻的差别仅在于光线照射在 半导体PN结上,PN结参与了光电转换过程。
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(a)结构示意图和图形符号 (b)基本电路
光敏二极管
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18
10.1.5光敏晶体管
光敏晶体管通常指 光敏三极管，光敏 三极管有两个PN 结，因而可以获得 电流增益，它比光 敏二极管具有更高 的灵敏度。
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15
(5) 频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段 时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流 也不立刻为零，这说明光敏电阻有时延特性。由 于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们 的频率特性也不相同。
光电传感器PPT课件
.
光电倍增管的类型
29
.
30
个人观点供参考，欢迎讨论！
20
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五、光电池
光电池是根据光生伏特效应工作的。是
一种自发式的光电元件，它受到光照射时能 产生一定方向的电动势，只要接通外电路， 便有电流通过。应用最广泛的是硅光电池。
21
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光电池的外形
22
.
光电池既可以作为电源，又可以作为光 电检测器件，作为电源使用的光电池，主要 是直接把太阳的辐射能转换为电能，成为太 阳电池。太阳电池不需要燃料，没有运动部 件，也不排放气体，具有重量轻、性能稳定、 光电转换率高、使用寿命长、不产生污染等 优点，在航天技术、气象观测、工农业生产 乃至人们的日常生活等方面都得到广泛的应 用。
两种，它们都是根据光电导效应工作的。与
光敏电阻器相比，光敏晶体管具有灵敏度高、 高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便 等优。
11
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1、光敏二极管
将光敏二极管的PN 结设 置在透明管壳顶部的正下方， 光照射到光敏二极管的PN结 时，电子-空穴对数量增加， 光电流与照度成正比。
光敏二极管把光信号转换 为电信号。
2、内光电效应
.
光照射在半导体材料时，激发出光生电子—空穴对，
从而使半导体材料产生分为两种
1）光电导效应——光照射使材料的电阻率变化的现
象。
根据该效应工作的器件有光敏电阻和光敏二极管与三
极管。
2）光生伏特效应——光照引起半导体PN结两端产生
电动势的现象。
5
根据该效应工作的光电器件有光电池。
12
.
PN结相关知识
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导 体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗） 基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
光电传感器详细ppt课件
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
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。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（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。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
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）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
第十章光电传感器ppt课件
子 导带
吸
电
收 光
禁带
Eg〈E0 子
子 能
价带
量
光生伏特效应： 光生伏特效应是半导体资料吸收光能后， 在PN结上产生电动势的效应。为什么PN结会
因光照产生光生伏特效应呢？
下面分两种情况讨论： 不加偏压时的PN结 处于反偏时的PN结
光源
+
-+
-
P - +N
-+
电子
空穴
• 不加偏压时的PN结(势垒效应/结光电效应〕 • 当光照射在PN结时，假设电子能量大于半导体 禁带宽度〔E0 ＞ Eg〕,可激发出电子——空穴对 在PN结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N 区使P区和N区之间产生电压，这个电压就是光生 电动势.
紫外线
(2)内光电效应
光电导效应：
入射光强改动物质导电率的物理景象称光电导效应
这种效应几乎一切高电阻率半导体都有，由于在入射光
作用下电子吸收光子能量，从价带激发到导带过度到自在
形状，同时价带也因此构成自
由空穴，使导带电子和价带空 光 穴浓度增大引起电阻率减小。 E0
自在形状
电
为使电子从价带激发到导带， 入射光子的能量E0应大于禁带 宽度的能量Eg。 基于光电导效应的光电器件 有光敏电阻。
电子和空穴复合，所释放的能量Eg等于PN结的禁
带宽度〔即能量间隙〕。所放出的光子能量用hν表示，
h为普朗克常数，ν为光的频率。那么
h Eg
hc
Eg
hc
Eg
普朗克常数h=6.6╳10-34J.s；光速c=3╳108m/s；
Ehgc的=1单9.位8×为1电0-2子6m伏•〔W•esV=〕12，.4×1e1V0=-71m.6╳•eV10。-19J。
光电传感器PPT课件
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
某些半导体或电介质材料，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。当光线照 射于半导体PN结时，在PN结两端就会产生一定的电位差， 并将在外回路中产生电流。基于这种效应的光电器件有光 电池和光敏二极管、光敏三极管。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射 到金属释放电子所需时间不超过10-9s。
根据能量守恒定理，可以得到爱因斯坦光电效应方程：
h
1 2
mv02
A0
式中m—电子质量；v0—电子逸出速度。
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，称为红线频率或 波长限。光束频率低于红线频率时，光子能量不足以使物 体内的电子逸出，因而小于红线频率的入射光，光强再大 也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红线频率， 即使光线微弱，也会有光电子射出。
光电器件的基本特性参数
（1）响应度k 光电器件输出电压VO与入射光功率PI之比称为响应度
k，即： k= VO/ PI = VO /(H·Ad)
式中， VO是器件的输出电压， PI为入射光敏面的辐射功 率，Ad是器件受光面积，H为光敏面的辐射照度。k的单 位是(V/W)。
响应度k是表征光电器件输出信号能力的特征量。
光电倍增管：
二，光电倍增管(photomultiplier ,PMT)
当入射光很微弱时，普通光电管的产生的光电流很小， 不容易探测，这时常用光电倍增管对电流进行放大。
光电传感器PPT
05 光电传感器的未来展望
拓展光电传感器的应用领域
医疗领域
光电传感器在医疗领域的应用将 进一步拓展，如用于监测生命体 征、诊断疾病的光电传感器。
环保领域
随着环保意识的提高，光电传感 器在环境监测、污染治理等方面 的应用将得到加强。
智能家居领域
光电传感器在智能家居领域的应 用将更加广泛，如智能照明、智 能安防等。
详细描述
目前，科研人员正致力于研究新型光电传感器材料，如石墨烯、过渡金属硫化物等，这些材料具有优异的光电性 能和化学稳定性，有望在光电传感器领域发挥重要作用。
实现光电传感器的智能化和网络化
总结词
随着物联网和人工智能技术的快速发展，实现光电传感器的智能化和网络化已成为必然 趋势。
详细描述
通过集成微处理器、通信模块和人工智能算法，光电传感器可以实现自适应调整、远程 控制和实时数据分析等功能，从而更好地适应复杂多变的应用环境。同时，通过将光电 传感器接入物联网，可以实现大规模的远程监控和数据共享，为工业自动化、智慧城市
激光雷达
利用光电传感器中的激光雷达技术， 可以测量物体的距离和速度，广泛应 用于自动驾驶和机器人领域。
光电传感器在环保领域的应用
水质监测
光电传感器可以检测水中的溶解氧、浊度、 PH值等参数，对水质进行实时监测。
紫外线检测
光电传感器中的紫外线传感器能够检测紫 外线的强度，常用于防晒霜效果评估和环
境监测等领域。
提高光电传感器的可靠性和稳定性
材料改进
通过改进光电传感器的材料，提高其耐久性和稳定性， 降低故障率。
工艺优化
优化光电传感器的制造工艺，提高其生产效率和产品 质量。
可靠性测试
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教师授课方案（首页）授课班级09D电气1、电气2 授课日期课节 2 课堂类型讲授课题第十章光电传感器第一节光电效应及光电传感器第二节光电元件的基本应用电路教学目的与要求【知识目标】1、理解光电效应、了解光电元件及特性、参数2、掌握光电元件的基本应用电路【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力，在实际测量中会分析光电元件的基本应用电路。
【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。
重点难点重点：光电元件的基本应用电路难点：无教具教学辅助活动教具：多媒体课件、光电元件及光电传感器实物、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论一节教学过程安排复习1、简述热电偶的冷端补偿方法2、简述热电偶的冷端补偿导线配型以及补偿时的注意事项3、温控仪表的接线方法5分钟讲课1、光电效应、光电元件及特性、参数2、光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管的应用电路73分钟小结小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互动答疑10分钟作业习题册第十章光电传感器习题2分钟任课教师：叶睿2011年2月6日审查教师签字：年月日教案附页【复习提问】上节课知识点：1、简述热电偶的冷端补偿方法2、简述热电偶的冷端补偿导线配型以及补偿时的注意事项3、温控仪表的接线方法第十章光电传感器【章节导入】：光电传感器是将光信号（例如转速、浊度）转换为电信号的传感器。
此传感器具有反应快、非接触测量的优点。
【本章要点】：1、学习光电效应、光电元件的结构、工作原理、特性2、掌握光电元件的基本应用电路3、光电传感器的各种应用4、掌握光电开关及光电断续器的使用方法。
第一节光电效应及光电传感器【本节内容设计】通过实物展示、课件与教师讲授光电效应、光电元件、光电元件的特性与参数，为光电传感器的学习奠定基础【授课内容】光电效应：用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。
通常把光电效应分为三类：（1）外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的光电效应。
基于外光电效应的光电元件：光电管、光电倍增管、光电摄像管等（玻璃真空管元件）。
（2）内光电效应：在光线的作用下能使物体的电阻率改变的光电效应基于内光电效应光电元件：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。
（3）光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的光电效应。
基于光生伏特效应的光电元件：光电池等。
一、基于外光电效应的光电元件：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
举例：紫外管人们可以根据检测对象是可见光或紫外光而选择不同阴极材料的光电管。
光电管的图形符号及测量电路如图所示。
目前紫外光电管在工业检测中多用于紫外线测量、火焰监测等，可见光较难引起光电子的发射。
二、基于内光电效应的光电元件（一）光敏电阻1、光敏电阻的特性及参数（1）暗电阻：置于室温、全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻。
通常大于1MΩ。
光敏电阻受温度影响甚大，温度上升，暗电阻减小，暗电流增大，灵敏度下降，这是光敏电阻的一大缺点。
（2）亮电阻：置于室温和一定光照度下测得的稳定电阻值。
此时流过的电流称为亮电流。
（3）光电特性：在光敏电阻两极电压固定不变时，光照度与电阻及电流间的关系称为光电特性。
某型号光敏电阻的光电特性如图所示。
从图中可以得出的结论：（1）当光照大于100lx时，它的光电特性非线性就十分严重了。
（2）当光敏电阻受到光照时，阻值减小。
（二）光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管1、光敏二极管将光敏二极管的PN 结设置在透明管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管的PN结时，电子-空穴对数量增加，光电流与照度成正比。
（1）PIN光电二极管PIN光电二极管是在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。
PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，可达100V，光电转换效率高，暗电流小，其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，可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF 频带小信号开关、中波频带到1000MHZ之间电流控制、可变衰减器、各种通信设备收发天线的高频功率开关切换和RF领域的高速开关等。
特殊结构的PIN二极管还可用于测量紫外线或射线等。
（2）APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）硅雪崩光电二极管是采用n+p-πp+型结构的可见光和近红外探测器，它具有高响应度，高信噪比，高响应速度等特点，工作电压达到上百伏。
可广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。
（3）光敏二极管的反向偏置接法在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。
当光照射在二极管的PN结（又称耗尽层）上时，在PN结附近产生的电子-空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正比。
2、光敏三极管光敏三极管有两个PN结。
与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。
多数光敏三极管的基极没有引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。
光线通过透明窗口落在基区及集电结上。
光敏三极管比二极管的灵敏度高β倍。
3、光敏晶闸管光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a、阴极k和门极g 。
它的顶部有一个玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。
当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的PN结上时，将产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为导通状态。
导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维持导通。
要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流小于其维持电流。
光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。
（三）光敏晶体管的特性1、光谱特性同材料的光敏晶体管对不同波长的入射光其相对灵敏度Kr是不同的，现在已分别制出对红外光、可见光、蓝紫光敏感的光敏晶体管。
有时在光敏晶体管的透光玻璃上配以不同颜色的滤光玻璃，使光谱响应峰值波长根据需要改变。
颜色传感器：能输出红、绿、蓝三色信号。
计算机根据三色信号的比例，可以判断被测物的颜色。
2、伏安特性光敏二极管的伏安特性工作在第三象限，因光电效率较低，正常使用时需加1.5V以上的反向工作电压光敏三极管在不同照度下的伏安特性与普通三极管类似，光敏三极管的工作电压应在3V以上。
3、光电特性下图1是光敏二极管2是光敏三极管的光电效应曲线。
光电流IΦ与光照度成线性关系。
2的斜率比1大，说明光敏三极管的灵敏度比光敏二极管的大。
4、温度特性温度变化对亮电流影响不大，但温度对暗电流的影响较大；所以在微光测量时注意：光敏三极管的温漂比光敏二极管大许多，所以必须采用光敏二极管，但光敏二极管的灵敏度较低，在高准确度测量中选用硅光敏二极管并且采用低温漂、高准确度的运算放大器。
5、响应时间工业级硅光敏二极管的响应时间：10_7～10_5s左右，光敏三极管的响应时间比光敏二极管慢一个数量级。
光敏二极管与光敏三极管的频率特性当光脉冲的重复频率提高时，由于光敏二极管的PN结电容需要一定的充放电时间，所以它的输出电流的变化无法立即跟上光脉冲的变化，输出波形产生失真。
截止频率、t r上升时间，t f下降时间：当光敏二极管的输出电流或电压脉冲幅度减小到低频时的1/2时，失真十分严重，该光脉冲的调制频率就是光敏二极管的最高工作频率f H，又称截止频率。
光敏三极管的t r上升时间，t f下降时间与光敏二极管的比较。
三、基于光生伏特效应的光电元件——光电池（一）结构及工作原理1、结构及工作原理在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。
当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对光生电子—空穴对，光生电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。
如果光照是连续的，经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。
2、光电池与光敏二极管的区别光电池为正向特性，光敏二极管为反向特性。
(二）光电池的基本特性1、光谱特性硅光电池已具有蓝紫近红外的宽光谱特性。
硒、鍺光电池不稳定，应用较少。
2、光电池的光电特性图10-15 某系列硅光电池的光电特性1－开路电压曲线在3000lx时趋于饱和2－短路电流曲线3、光电池的伏安特性光电电压、光电电流与照度成正比。
Rl增大时，出现非线性。
此问题在下一节解决。
4、光电池的温度特性开路电压随温度的上升而减小，温度系数-2mV/0C短路电流随温度的上升而缓慢增加。
当光电池作为检测元件时，考虑温漂的影响。
5、频率特性硅光电池的面积越小，PN结的极间电容也越小，频率响应就越高。
可达数十千赫兹和数兆赫兹。
硒光电池频率响应差，较少使用。
第二节光电元件的基本应用电路【本节内容设计】通过课件与教师讲授光电元件的基本应用电路，为光电传感器的学习奠定基础【授课内容】光敏电阻、光敏晶体管、光电池等光电元件必须根据各自的特点，使用不同的电路，才能达到最佳的使用效果。
一、光敏电阻基本应用电路分析图10-17a中，当无光照时，光敏电阻RΦ很大，IΦ在R L上的压降U o很小。
随着入射光增大，RΦ减小，U o随之增大。
图10-17b的情况恰好与图17-a相反，入射光增大，U o反而减小。
图10-17 光敏电阻基本应用电路a）U o与光照变化趋势相同的电路b）U o与光照变化趋势相反的电路二、光敏二极管应用电路举例说明：图中RL=20K ，求光照度为多少lx时，Uo输出为高电平？解：当光照增加，U i<（1/2）VDD时，反相器翻转,输出变为高电平现图中标明VDD=5V，Ui必须小于2.5VDD L V 21)R I E ≤-Φ（ mA 25.1020.525R V 21-E I L DD =-=≥Φ .30300025.10E = E=0.125lx只有照度大于1250lx ，Uo 才为高电平三、光敏三极管应用电路1、基本电路图10-19 光敏三极管的两种常用电路a ）射极输出电路b ）集电极输出电路表10-3 输出状态比较电路型式 无光照时强光照时 三极管状态 I C U o 三极管状态 I C U o射极输出截止 0 0（低电平） 饱和 （V CC -0.３）/R L V CC -U CES (高电平) 集电极输出截止 0 V CC （高电平） 饱和 （V CC -0.３）/R L U CES (0.3V ， 低电平) 分析表10-3：射极输出电路的输出电压变化与光照的变化趋势相同，而集电极输出恰好相反。