光电传感器演示幻灯片

用光照射某一物体，可以看作 物体受到一连串光子的轰击，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。
光电效应通常可以分为3类， 有外光电效应，内光电效应和光生 伏特效应。
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外光电效应：在光线的作下，能使电 子逸出物体的表面。向外逸出的电子叫光 电子。
基于外光电效应的光电元件有光电管、 紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
较难区别。当集电极c加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏
置状态，集电极电流为原始光电流的β倍，故其具有电流放大作 用。。
当光线照射到光敏材料上， 光子的能量传递给阴极表面的电 子，当电子获得的能量足够大时， 便有电子逸出，这些电子被具有 正电位的阳极所吸引，在光电管 内形成空间电子流，在外电路就 产生电流。
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光电管的结构和电路
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光电管测量电路
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光电管的光谱特性
由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱 也有选择性。保持光通量和阴极电压不变，阳极电流 与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。
光电传感器
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光通量：每单位时间到达、离开或通 过曲面的光能量
光电传感器：是将光通量转换为电量 的一种传感器，其最大特点是非接 触测量
光电传感器的基础是光电转换元件的 光电效应
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1905年德国物 理学家爱因斯坦用 光量子学说解释了 光电发射效应，并 为此而获得1921年 诺贝尔物理学奖。
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第一节 光电效应及光电元器件
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光敏电阻结构
符号
（a）光敏电阻结构 （b）电极 （c）连接电路
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光敏电阻
优点：灵敏度高，光谱响应范 围宽，体积小、重量轻、机械强度 高，耐冲击、耐振动、抗过载能力 强和寿命长等。
不足：需要外部电源，有电流 时会发热。
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光敏电阻演示
当光敏电 阻受到光照时， 光生电子—空 穴对增加，阻 值减小，流过 光敏电阻的电 流增大。
光敏二极管接线图
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光敏二极管的反向偏置接 线（参考上页图）及光电特性 演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。 23
红外发射、接收对管外形 红外发射管
典型应用：会展入场人数计数器，由红外 红外接收管
(4)光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。
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光敏电阻的光照特性
光照特性 光敏电阻 的光照特性是描述 光电流I和光照强 度Φ之间的关系， 不同材料的光照特 性是不同的，绝大 多数光敏电阻光照 特性是非线性的。 图为硫化镉光敏电 阻的光照特性。
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光敏电阻的温度特性
其性能(灵敏度、暗电阻)受温度的影响较大。 随着温度的升高，其暗电阻和灵敏度下降，光谱 特性曲线的峰值向波长短的方向移动。硫化镉的
光电流I和温度T的关系如图所示。有时为了提高
灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，将元 件降温使用。例如，可利用制冷器使光敏电阻的 温度降低。
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光敏晶体管的工作原理及结构
光敏二极管，光敏三极管，光 敏达林ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ管（光敏复合管）以及光 敏晶闸管等统称为光敏晶体管，可 用于光的照度测量和控制。
光敏晶体管的具体特性参数见 书P134表10-3所示。
线发射和接收对管组成，其发射和接收的
最大距离可达8米，并可在室内自然光下， （光敏二极管）
进行准确的计数，无需对光采用聚焦措施。 该计数器可用于城市会展人场人数的统计。
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光敏三极管
光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般三极 管很相似，只是它的发射极e一边做的很大,以扩大光的照射面 积,且其基极b不接引线，故其外形与光敏二极管相似，从外观上
暗电流（越小越好）
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光敏电阻的主要特性参数
(1)暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射 时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流成 为暗电流。
(2)亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时 的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为 亮电流。
(3)光电特性 施加额定电压，置于室温时测 得的电阻值与光照度的关系。（具有非线 性）
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光敏二极管
光敏二极管在电路中一 般是处于反向工作状态，在 没有光照射时，反向电阻很 大，反向电流很小，这反向 电流称为暗电流，当光照射 在PN结上，光子打在PN结 附近，使PN结附近产生光生 电子和光生空穴对，它们在 PN结处的内电场作用下作定 向运动，形成光电流。光的 照度越大，光电流越大。因 此光敏二极管在不受光照射 时处于截止状态，受光照射 时处于导通状态。
一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不 同的红限频率f0，因此它们可用于不同的光谱范围。
除此之外，即使照射在阴极上的入射光的频率高 于红限频率f0，并且强度相同，随着入射光频率的不 同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电 管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的 光谱特性。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。
光电管
光电倍 增管
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紫外光电管外形
当入射紫外 线照射在紫外管 阴极板上时，电 子克服金属表面 对它的束缚而逸 出金属表面，形 成电子发射。紫 外光电管多用于 紫外线测量、火 焰监测等。
紫外线
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10.1.1 光电管
在一个真空泡内装有两个电 极：光电阴极和光电阳极。
光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料徐敷在玻璃泡内壁上 做成，其感光面对准光的照射孔。
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光敏二极 管
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它 装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部， 可以直接受到光照射。
图为光敏二极管结构简图和符号
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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，当 在光敏二极管两端施加 电压后，流过PN结的光 电流也相应增大，光电 流与光照度成正比。
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10.1.2 基于内光电效应的光电元器件
受光照的物体导电率发生 变化，或产生光生电动势的效 应叫内光电效应。
基于内光电效应的元器件 有光敏电阻，光敏二极管，光 敏三极管，光敏达林顿管及光 敏晶闸管等。
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光敏电阻
当光敏电阻受到 光照时， 阻值减小。
在半导体光敏材料两 端装上电极引线，将其封 装在带有透明窗的管壳里。