1、2018/6/22,1,光电式传感器,本小节学习光电效应、光电元件的结构、工作原理、特性以及光电传感器的各种应用。,2018/6/22,2,1905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。,2018/6/22,3,一、光电效应及光电元件,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。,外光电效应：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光敏二极管、紫外光电管、光电倍增管等。 内光电效应：有光电导效应、光电动势效应及
2、热电效应。,2018/6/22,4,紫外管外形,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。紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。,紫外线,2018/6/22,5,光敏电阻,当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。,2018/6/22,6,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，电流增大。,暗电流（越小越好）,2018/6/22,7,光敏电阻的基本应用电路,a）U与光照变化趋势相同的电路 b）U与光照变化趋势相反的电路,2018/6/22,8,对于光敏电阻器，因其灵敏度高而光照特性呈非线性，一般用于自动控制中做开关元件。 实际上
3、光敏电阻的暗电阻一般是兆欧级，亮电阻一般在几千欧以下，所以灵敏度较高。 光敏电阻体积小、灵敏度高、性能稳定、寿命长、价格低，因此在自动控制、家用电器得到广泛应用。,2018/6/22,9,基于光生伏特效应的光电元件 光电池,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。,2018/6/22,10,光电池的光电特性,一个典型的硅光电
4、池的光电特性 1开路电压曲线 2短路电流曲线,开路电压为 对数特性,短路电流为 线性特性,2018/6/22,11,光电池大都用做测量元件。由于它的内阻很大，加之与照度是线性关系，所以多以电流源的形式使用。光电池的负载变化对它的线性工作范围也有影响。,2018/6/22,12,光电池外形,光敏面,2018/6/22,13,能提供较大电流的大面积光电池外形,2018/6/22,14,光电池在动力方面的应用,太阳能赛车,太阳能电动机模型,太阳能 硅光电池板,2018/6/22,15,光电池在动力方面的应用（续）,太阳能发电,2018/6/22,16,光电池在动力方面的应用（续）,光电池在人造卫星上
5、的应用,2018/6/22,17,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。,2018/6/22,18,光敏二极管外形,光敏二极管阵列,包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。,2018/6/22,19,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。,2018/6/
6、22,20,光电管的光电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不变的条件下，入射光的光通量与光电流I之间的关系，在光电管阳极电压足够大，使光电管工作在饱和状态条件下，入射光通量和光电流线性关系。 光敏二极管的光照特性为线性，适于做检测元件。,2018/6/22,21,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。,2018/6/22,22,光敏三极管外形,2018/6/22,23,光敏三极管光控继电器电路,当无光照时，V1截止，I =0，则V2处于截止
7、状态，继电器KA不工作。如果将V1与R b2位置上下对调，其结果如何？,2018/6/22,24,光电特性,0,光照,光电流,光敏 三极管,光敏 二极管,3000lx,4mA,请判断灵敏度的高低,0.3mA,I,E,2018/6/22,25,光敏三极管的光照特性呈非线性，但由于其内部具有放大作用，故其灵敏度较高。,2018/6/22,26,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。,2018/6/22,27,光敏晶闸管外形,光敏面,2018/6/22,28,休 息 一 下,
