基本放大电路

第十章光电传感器Ⅰ

图10-4某型号光敏电阻的光电特性

a）光照/电阻特性b）光照/电流特性

）响应时间

光敏电阻的时延特性，上升响应时间和下降响应时间：10–2～10–3s，提问：光敏电阻能否用在要求快速响应的场合？

（二）光敏二极管、光敏三极管

．光敏二极管的结构及工作原理：

图10-6光敏二极管的反向偏置接法

．光敏三极管结构及工作原理

解释与光敏二极管的区别，与普通三极管的区别。

结，但只有正负（C、E）两个引脚，

其外形与光敏二极管相似，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。

图10-9光敏晶体管的光谱特性

1－常规工艺硅光敏晶体管的光谱特性2－滤光玻璃引起的光谱特性紫偏移

3－滤光玻璃引起的光谱特性红偏移

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。

）伏安特性（简介）

）光电特性结论：光电流IΦ与光照度成线性关系。

研究：光电特性曲线斜率与灵敏度的关系。

图10-11某系列光敏晶体管的光电特性

图10-12某型号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

提问：当某光敏二极管的t r＝t f＝1μs时，截止频率不可能大于多少

三、基于光生伏特效应的光电元件——光电池

人造卫星上的太阳能光电池板。

光电池是一种自发电型的光电传感器

（一）结构及工作原理与光敏二极管的区别

型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面。当入射光子的能量足型区每吸收一个光子就产生一对光生电子-空穴对，

结又称空间电荷区，它的内电场（N区带正电、P区带负电）使扩散到

附近的电子－空穴对分离，电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在

区带正电。PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。

图10-15某系列硅光电池的光电特性

1－开路电压曲线2－短路电流曲线

）光电池的温度特性（略）

）频率特性硅光电池的面积越小，PN结的极间电容也越小，频率响应就越第二节光电元件的基本应用电路

图10-17光敏电阻基本应用电路

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

图10-18光敏二极管的一种应用电路请学生逐步分析：强光照时，U o为何电平？

．光敏三极管应用电路

光敏三极管在电路中：集电结反偏，发射结正偏。

与普通三极管工作在放大区时条件？

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

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

截止0

0（低

电平）

饱

和

（V CC-0.

３）/R L

V CC-U CES

(高电平

V CC

（高电平）

饱

和

（V CC-

３）/R L

：射极输出电路的输出电压变化与光照的变化趋势相同，而集电极输是利用光敏三极管来达到强光照时继电器吸合的光控继电器电路如图

图10-20光控继电器电路

．光电池的应用电路（略）

第三节光电传感器的应用

光电传感器的最大特点：非接触式测量。

光源本身是被测物，被测物发出的光投射到光电元件上，光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图10-22a所示。典型的例子有光电高温比色温度计、光照度计、照相机曝光量控制等。

恒光源发射的光通量穿过被测物，一部分由被测物吸收，剩余部分投射到光电元件上，吸收量决定于被测物的某些参数，如图10-22b所示，典型例子如透明度计、

）恒光源发出的光通量投射到被测物上，然后从被测物表面反射到光电元件上，光电元件的输出反映了被测物的某些参数，如图10-22c所示。典型的例子如用反射式光电法测转速、测量工件表面粗糙度、纸张的白度等。

恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物，照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分，光电元件的输出反映了被测物的尺寸，如图

型的例子如振动测量、工件尺寸测量等。

图10-22光电传感器的几种形式

a）被测物是光源b）被测物吸收光通量

）被测物是有反射能力的表面d）被测物遮蔽光通量

1－被测物2－光电元件3－恒光源

图10-26光电式浊度计原理图

1－恒流源2－半导体激光器3－半反半透镜4－反射镜5－被测水样

6、9－光电池

7、10－电流/电压转换器8－标准水样

分析工作过程，

提问;U o1/U o2值的范围是多少？

C1的端电压超过VT2的触发电压时，VT2______，

的额定电流应选取______（5/10/20）A，VT1、VT2的反2220）V才能保证安全使用。

光敏三极管等元件，完成光照度的测量和画