发布时间 : 星期一 文章光电传感器更新完毕开始阅读76a5bd2db4daa58da0114a8c
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1－光敏二极管光电特性 2－光敏三极管光电特性 提问：曲线1、2哪一个为光敏二极管？为什么？ 求：光照度为30lx时，光敏二极管的光电流为多少μA？ （4）温度特性 温度对暗电流的影响；光敏三极管的温漂与光敏二极管比较； 在高准确度测量中选用硅光敏二极管的必要性如何提高检测灵敏度： 采用低温漂、高准确度的运算放大器。 __（5）响应时间 工业级硅光敏二极管的响应时间：107～105s左右，光敏三极管的响应时间与光敏二极管比较。 光敏二极管频率特性：当光脉冲的重复频率提高时，由于光敏二极管的PN结电容需要一定的充放电时间，所以它的输出电流的变化无法立即跟上光脉冲的变化，输出波形产生失真。 截止频率、tr上升时间，tf下降时间：当光敏二极管的输出电流或电压脉冲幅度减小到低频时的1/2时，失真十分严重，该光脉冲的调制频率就是光敏二极管的最高工作频率fH，又称截止频率。 光敏三极管的tr上升时间，tf下降时间与光敏二极管的比较。 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tr＝tf＝1μs时，截止频率不可能大于多少kHz？ 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 在大面积的N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， PN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PN结附近的电子－空穴对分离，电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。PN结两侧就有一个稳定的光生电动势输出。
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（二）光电池的基本特性 （1）光谱特性 提问：硅光电池的灵敏度峰值波长为多少μm？ （2）光电特性 曲线1：光电池负载开路时的“开路电压”Uo的特性曲线； 曲线2：负载短路时的“短路电流”IΦ的特性曲线。 提问开路电压Uo与光照度的关系呈何种关系？（对数/指数/线性），在多数lx以上就趋于饱和？。 当负载短路时，光电流在很大范围内与照度成线性关系。当希望光电池的输出与光照度成正比时，应把光电池作为电流源来使用；当被测非电量是开关量时，可以把光电池作为电压源来使用。 提问：如果要得到1.5V的输出电压，提供给液晶计算器使用，必须将几块光电池串联/并联起来？ 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 （3）光电池的温度特性 （略） （4）频率特性 硅光电池的面积越小，PN结的极间电容也越小，频率响应就越高。 第二节 光电元件的基本应用电路 1．光敏电阻基本应用电路 分析图10-17a中，当无光照时，光敏电阻RΦ很大，IΦ在RL上的压降Uo很小。随着入射光增大，RΦ减小，Uo随之增大。 图10-17b的情况恰好与图17-a相反，入射光增大，Uo反而减小。 图10-17 光敏电阻基本应用电路 a）Uo与光照变化趋势相同的电路 b）Uo与光照变化趋势相反的电路 6
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2．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。 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，Uo为何电平？ 3．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 无光照时 电路型式 三极管状态 C 强光照时 三Uo 0（低极管状态 IC （VCC-0.３）/RL （VCC-0.３）/RL Uo VCC-UCES (高电平) UCES(0.3V， 低电平) I射极输出 集电极输出 截止 0 饱和 饱和 电平） VCC（高电平） 截止 0 分析表10-3：射极输出电路的输出电压变化与光照的变化趋势相同，而集电极输出恰好相反。 例10-1 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10-20，请分析工作过程。
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解 当无光照时，V1截止，IB=0，V2也截止，继电器KA处于失电（释放）状态。 当有强光照时，V1产生较大的光电流IΦ，IΦ一部分流过下偏流电阻RB2（起稳定工作点作用），另一部分流经RB1及V2的发射结。当IB>IBS（IBS=ICS/β）时，V2也饱和，产生较大的集电极饱和电流ICS，ICS=（VCC－0.3V）/RKA，因此继电器得电并吸合。 如果将V1与RB2位置上下对调，其结果相反，请读者自行分析。 图10-20 光控继电器电路 4．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。 1）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。 2）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、浊度计等。 3）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。 4）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10-22d所示。典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 c）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 8