光电式传感器2.ppt

从图可得如下方程式: 6) 稳定性 当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的，使用寿命也很长。硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命除了与光电池的材料及制造工艺有关外，在很大程度上还与使用环境条件有密切关系。如在高温和强光照射下，会使光电池的性能变坏，而且降低使用寿命，这在使用中要加以注意。? 在光电检测中，在一定的负载下工作，希望输出电流和电压与照度成线性关系。要确定这样的负载线，只要将工作中最大照度(图中为900lx)的伏安特性曲线上的转弯点A与原点O连成直线，就是所需的负载线。在检测中，如要求光电池性能稳定，有好的线性关系，则负载电阻应取得小一些，电阻越小性能越好，即负载线应在OA线的左面。这时输出的电压虽有所减少，但光电流基本不变。反之，如果光电池的负载电阻已定，例如0.5kΩ，则线性关系成立的最大的照度(在图中为900lx)可从伏安特性曲线确定，照度超过此值，则电流和电压与照度成非线性关系。 ① 电导GL一定。 因而电源电压越大，得到的电压变化越大，如果电源电压取最大允许电压Umax(也可能被允许的功耗曲线Pmax所限制，而不能达到此值)，则可得到最大的电压变化。 ②电源电压E一定。 (a)照度Eν不大时，为提高其输出电压的变化，必须选用合适的负载电阻。 (b)照度Eν足够大时，电导越大，电压变化越大，但受到允需功耗和电流的限制。 ③求极限情况下的电导和电压变化。 最后应指出，由于生产实际的复杂性和光电三极管参数的分散性，在算出参数后，还需经过实际调整和修正，以使参数和电路更加合理。 5.5 光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池在有光线作用下实质就是电源， 电路中有了这种器件就不需要外加电源。 光电池的工作原理是基于光生伏特效应的。光电池的种类很多，有硒光电池、氧化亚铜光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓光电池等。其中硅光电池的光电转换效率高，性能稳定，光谱范围宽，寿命长，价格便宜，适合红外波长工作，是最 受重视的光电池。 硒光电池的峰值位置在人的视觉范围内，也应用在测量中。 1.光电池工作原理 ?硅光电池是在N型硅片中掺入P型杂质形成一个大面积的PN结。光电池的结构类似于光电二极管，区别在于硅光电池用的衬底材料的电阻率低，约为0.1~0.01Ω·cm，而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为1000Ω·cm。上电极为栅状受光电极，下电极为衬底铝电极。栅状电极能减少电极与光敏面的接触电阻，增加透光面积。其上还蒸镀抗反射膜，既减少反射损失，又对光电池起保护作用。当光照射到PN结上时，便在结的两端产生电动势(p区为正，n区为负) 。 如果在两电极间串接负载电阻，则电路中便产生了电流，电流的方向由P区流经外电路至n区。若将电路断开，就可以测出光生电动势。 硅光电池结构示意图 硅光电池电原理图 2.光电池的基本特性 1)光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。，不同材料的光电池，峰值波长不同。 光电池的峰值波长与材料有关，取决于材料的禁带宽度，还与制造工艺有关，并会随着温度的不同有所移动。一般硅光电池的峰值波长在0.84μm附近， 硒光电池的峰值波长在0.5 4μm附近，锗光电池的峰值波长为1.5 μm 。 硅光电池的光谱响应波长范围为0.4~1.2 μm， 而硒光电池的范围只能为0.38~0.75 μm。锗光电池的光谱响应波长范围为0.4~2.0 μm。要根据光谱特性选择光源与光电池。 2)光照特性 ?硅光电池的光照特性。光照特性光电池在不同光照度下, 光电流和光生电动势是不同的，由图可见，硅光电池的短路电流与光照有较好的线性关系，而开路(负载电阻RL趋于无限大时)电压与照度的关系是非线性的（呈对数关系），而且在光照度2000lx时就趋向饱和了。当受光照的结面积越大，短路电流越大 。 因此，光电池作为测量元件使用时，应利用短路电流与照度有较好线性关系的特点，可当作电流源使用，而不宜当作电压源使用。所谓短路电流是指外接负载电阻远小于光电池内阻时的电流。从实验可知，负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽。负载在100Ω以下，线性还是比较好的，负载电阻太大，则线性变坏。它作为测量元件时，负载由外加光强确定。 输出电流之比。在光电池作为测量、计算、接收器件时，常用调制光作为输入。由图可知硅光电池具有较高的频率响应（曲线2），而硒光电池则较差（曲线1）。因此，在高速计数的光电转换中一般采用硅光电池。 3) 频率特性 光电池的频率特性是指相对输出电流与