《光電傳感器修改》ppt課件-文庫吧

【正文】 式中 ν和 λ— 入射光的頻率和波長 。 一種光電導體 ， 存在一個照射光的波長限 λC， 只有波長小于 λC的光照射在光電導體上 ， 才能產生電子在能級間的躍遷 ， 從而使光電導體電導率增加 。 ?ch? ? 光敏電阻的結構如圖 。 管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導體 。 光導體吸收光子而產生的光電效應 ， 只限于光照的表面薄層 ， 雖然產生的載流子也有少數擴散到內部去 ， 但擴散深度有 A 金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結構圖 光導電材料 絕緣襯低 引線 電極 引線 光電導體 限 ， 因此光電導體一般都做成薄層 。 為了獲得高的靈敏度 ， 光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案 ， 結構見下圖 。 1光導層 。 2玻璃窗口 。 3金屬外殼 。 4電極 。 5陶瓷基座 。 6黑色絕緣玻璃 。 7電阻引線 。 RG 1 2 3 4 5 6 7 (a)結構 (b)電極 (c)符號 它是在一定的掩模下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的 。 這種硫狀電極 ， 由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積 ， 所以提高了光敏電阻的靈敏度 。 圖 （ c） 是光敏電阻的代表符號 。 CdS光敏電阻的結構和符號 光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響 ， 因此要將導光電導體嚴密封裝在玻璃殼體中 。 如果把光敏電阻連接到外電路中 ， 在外加電壓的作用下 ， 用光照射就能改變電路中電流的大小 ， 其連線電路如圖所示 。 光敏電阻具有 很高的靈敏度 ， 很好的光譜特性 ，光譜響應可從紫外區到紅外區范圍內 。 而且體積小 、重量輕 、 性能穩定 、 價格便宜 ， 因此應用比較廣泛 。 RG RL E I 2. 光敏電阻的主要參數和基本特性 （ 1）暗電阻、亮電阻、光電流 暗電流： 光敏電阻在室溫條件下 ， 全暗 （ 無光照射 ）后經過一定時間測量的電阻值 ， 稱為暗電阻 。 此時在給定電壓下流過的電流 。 亮電流： 光敏電阻在某一光照下的阻值 ， 稱為該光照下的亮電阻 。 此時流過的電流 。 光電流： 亮電流與暗電流之差 。 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。 實用的光敏電阻的暗電阻往往超過 1MΩ,甚至高達100MΩ，而亮電阻則在幾 kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在 102～ 106之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。 （ 2）光照特性 下圖表示 CdS光敏電阻的光照特性 。 在一定外加電壓下 ，光敏電阻的光電流和光通量之間的關系 。 不同類型光敏電阻光照特性不同 ， 但光照特性曲線均呈非線性 。因此它不宜作定量檢測元件 ， 這是光敏電阻的不足之處 。 一般在自動控制系統中用作光電開關 。 0 1 2 3 4 5 I/mA L/lx 1000 2022 （ 3）光譜特性 光譜特性與光敏電阻的材料有關。從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內均有較高的靈敏度，峰值在紅外區域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。 20 40 60 80 100 40 80 120 160 200 240 λ/μm 3 1 2 相對靈敏度 1—— 硫化鎘 2—— 硒化鎘 3—— 硫化鉛 （ 4） 伏安特性 在一定照度下 ， 加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關系稱為伏安特性 。 圖中曲線 2分別表示照度為 零 及照度為 某值 時的伏安特性 。 由曲線可知 ， 在給定偏壓下 ,光照度較大 ， 光電流也越大 。 在一定的光照度下 ， 所加的電壓越大 ， 光電流越大 ， 而且無飽和現 50 100 150 200 1 2 U/V 0 20 40 象 。 但是電壓不能無限地增大 ， 因為任何光敏電阻都受額定功率 、 最高工作電壓和額定電流的限制 。超過最高工作電壓和最大額定電流 ， 可能導致光敏電阻永久性損壞 。 I/ μA （ 5）頻率特性 當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經過一段時間才能達到穩定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏 20 40 60 80 100 I / % f / Hz 0 10 102 103 104 電阻 時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖。 硫化鉛 的使用頻率比 硫化鎘 高得多，但多數光敏電阻的 時延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應的場合。 硫化鉛 硫化鎘 （ 6）穩定性 圖中曲線 2分別表示兩種型號 CdS光敏電阻的穩定性 。 初制成的光敏電阻 ， 由于 體內機構工作不穩定 ，以及 電阻體與其介質的作用還沒有達到平衡 ， 所以性能是不夠穩定的 。 但在人為地加溫 、 光照及加負載情況下 ， 經一至二周的老化 ， 性能可達穩定 。 光敏電阻在開始一段時間的老化過程中 ， 有些樣品阻值上升 ， I / % 40 80 120 160 2 1 T/h 0 400 800 1200 1600 有些樣品阻值下降，但最后達到一個穩定值后就不再變了。這就是光敏電阻的主要優點。 光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下，幾乎是 無限長 的。 （ 7）溫度特性 其性能 (靈敏度 、 暗電阻 )受溫度的影響較大 。 隨著溫度的升高 ， 其暗電阻和靈敏度下降 ， 光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動 。 硫化鎘的光電流 I和溫度 T的關系如圖所示 。 有時為了提高靈敏度 ， 或為了能夠接收較長波段的輻射 ， 將元件降溫使用 。 例如 ， 可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低 。 I / μA 100 150 200 50 10 30 50 10 30 T / 186。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。C 20 186。C 二、光電池 光電池是利用光生伏特效應把光直接轉變成電能的器件 。 由于它可把太陽能直接變電能 ， 因此又稱為太陽能電池 。 它是基于光生伏特效應制成的 ， 是發電式有源元件 。 它有較大面積的 PN結 ， 當光照射在 PN結上時 ，在結的兩端出現電動勢 。 命名方式： 把光電池的半導體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前 。 如 ， 硒光電池 、 砷化鎵光電池 、 硅光電池等 。 目前 ,應用最廣 、 最有發展前途的是硅光電池 。 ?硅光電池價格便宜 ， 轉換效率高 ， 壽命長 ， 適于接受紅外光 。 ?硒光電池光電轉換效率低 (％ )、 壽命短 ， 適于接收可見光 (響應峰值波長 )， 最適宜制造照度計 。 ?砷化鎵光電池轉換效率比硅光電池稍高 ， 光譜響應特性則與太陽光譜最吻合 。 且工作溫度最高 ， 更耐受宇宙射線的輻射 。 因此 ，它在宇宙飛船 、