第九章新 光电式传感器2学时.pptVIP

第十章 光电传感器 是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量： 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 。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，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出 。 当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。 2、内光电效应 过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。 为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即 （2） 光生伏特效应 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。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。 ①势垒效应（结光电效应）。 接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。以PN结为例，光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。 ②侧向光电效应。 当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（PSD）。 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。 光敏三极管内部结构 a)?内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图 1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 8—SiO2保护圈 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区 12—发射结 10.2 光电元件的基本应用电路 一、光敏电阻的基本应用电路 二、光敏二极管应用电路 利用反相器可将光敏二极管的输出电压转换成TTL电平。 三、光敏三极管光控继电器电路 当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么状态？继电器KA吸合还是释放？当有强光照时，其结果如何？ 四、光电池的应用电路 ——光电池短路电流测量电路 I/U 转换电路的输出电压Uo与光电流IΦ成正比。若光电池用于微光测量时，IΦ可能较小，则应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器RP微调总的放大倍数。 10.3 光电传感器的应用 —、光源本身是被测物的应用实例 1.红外线辐射温度计： 任何物体在热力学温度零度以上都能产生热辐射。温度低时，辐射的是不可见的红外光，随着温度的身高，波长短的光开始丰富起来。测量光的颜色和辐射强度，可粗略判定物体的温度。 1.红外线辐射温度计： 红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。 红外线辐射温度计外形 激光仅 用于瞄准 红外线辐射温度计外形 红外线辐射温度计用于食品温度测量 红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用 红外线辐射温度计用于人体额温测量 红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用 红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用 红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用 2.热释电传感器在人体检测、报警中的应用 热释电元件在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。 热释电效应 某些电介物质表