传感器第五篇 章 光传感器.pptVIP

* （7）温度特性 其性能(灵敏度、暗电阻和光谱响应)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。 I / μA 100 150 200 -50 -10 30 50 10 -30 T / oC 20 40 60 80 100 0 1.0 2.0 3.0 4.0 λ/μm I/mA +20 oC -20 oC * 二、光电池 ，又称为太阳能电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势，有光线作用时就是电源。 应用:用于宇航电源、检测和自动控制等。 种类：硒光电池、锗光电池、硅光电池、砷化镓、氧化铜等等。 硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接收红外光。 硒光电池光电转换效率低(0.02％)、寿命短，适于接收可见光(响应峰值波长0.56μm)，最适宜制造照度计。 砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性则与太阳光谱最吻合,且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。因此，它在宇宙飞船、卫星、太空探测器等电源方面的应用是有发展前途的。 * 硅光电池的结构如图所示。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间建立一个与光照强度有关的电动势。一般可产生0.2V～0.6V电压50mA电流。 1. 光电池的结构和工作原理 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光电池的结构图 I 光 (b) 光电池的工作原理示意图 P N * 光电池的表示符号、基本电路及等效电路。 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 光电池符号和基本工作电路 * 太阳能手机充电器 太阳能供 LED电警示 太阳能电池 * （1）光照特性 开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，开路电压与光照度关系是非线性关系，当照度为2000lx时趋向饱和。 短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线。 2. 基本特性 L/klx ? ? 5 4 3 2 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 2 4 6 8 10 开路电压 Uoc /V Isc/mA (a) 硅光电池 短路电流 L/klx 0.1 0.2 0.3 0.4 ? 0.5 0.3 0.1 0 1 2 3 4 5 Uoc/V Isc /mA (b)硒光电池 开路电压 短路电流 * 短路电流，指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的。光电池在不同照度下，其内阻也不同，因而应选取适当的外接负载近似地满足“短路”条件。 0 2 4 6 8 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 I/mA L/klx ? 50Ω 100Ω 1000Ω 5000Ω RL=0 硒光电池在不同负载电阻时的光照特性 可见，负载电阻RL越小，光电流与强度的线性关系越 好，且线性范围越宽。 * (2) 光谱特性 光电池的光谱特性决定于材料。 20 40 60 80 100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.2 I / % 1 2 λ/μm 1——硒光电池 2——硅光电池 可见，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。 硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可在很宽的范围内应用。 * (3) 频率特性 光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。 20 40 60 80 100 0 I / % 1 2 3 4 5 1 2 f / kHz 1——硒光电池 2——硅光电池 从光电池的频率响应曲线可知，硅、硒光电池的频率特性不同，硅光电池频率响应较好硒光电池较差。所以高速计数器的转换一般采用硅光电池作为传感器元件。 * （4）温度特性 光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到