光電傳感器修改ppt課件(更新版)

　　

【正文】 的一種結構形式。行掃描電路將光敏元件內的信息轉移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉移到輸出二極管，輸出信號由信號處理電路轉換為視頻圖像信號。 當轉移完畢 ,轉移柵電壓降低 ,梳妝電極電壓回復原來的高電壓狀態 ,準備下一次光積分周期 。然后 ， p3的電位升高 ， P2回到低電位 ， 電荷包從 P2下轉到 P3下的勢阱 （ t=t3） ， 以此控制 ， 使 P1下的電荷轉移到P3下 。 對于 N型硅襯底的 CCD器件 ， 電極加正偏壓時 ， 少數載流子為空穴 。 第七節 CCD光電傳感器 二、光固態圖象傳感器 光固態圖象傳感器由 光敏元件陣列 和 電荷轉移器件集合而成 。其輸出信號為 0。 一般來說 ， 光敏三極管的頻率響應比光敏二極管差 。它們之間呈現了近似線性關系。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。 當光線照射在集電結的基區時 ,會產生電子 空穴對 ,在內電場的作用下 ,光生電子被拉到集電極 ,基區留下空穴 ,使基極與發射極間的電壓升高 ,這樣便有大量的電子流向集電極 ,形成輸出電流 ,且集電極電流為光電流的 β倍。 P N 光 光敏二極管符號 RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小。 其中最典型的是同質結硅光電二極管 。 若將 PN結兩端用導線連起來 ， 電路中有電流流過 ， 電流的方向由 P區流經外電路至 N區 。 ?硅光電池價格便宜 ， 轉換效率高 ， 壽命長 ， 適于接受紅外光 。C 20 186。 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。 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。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。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。 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 。 5陶瓷基座 。 ?ch? ? 光敏電阻的結構如圖 。以 PN結為例，光線照射 PN結時，設光子能量大于禁帶寬度 Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產生電子空穴對，在阻擋層內電場的作用下，被光激發的電子移向 N區外側，被光激發的空穴移向 P區外側，從而使 P區帶正電， N區帶負電，形成光電動勢。基于這種效應的光電器件有光敏電阻。 不同的物質具有不同的逸出功 ，即每一個物體都有一個對應的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。 光電效應分為外光電效應和內光電效應兩大類 外光電效應 在光線的作用下 ， 物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象 稱為外光電效應 。穴帶中的一個電子可以吸收外界能量而躍遷到導帶中去，在價帶中形成一個空穴。把 EC與 EV之差記作 Eg，稱為禁帶寬度或帶隙。固體物理學告訴我們，單晶中各個原子的最外層軌道是互相重疊的，這樣就使分立的能級變成了能帶。在各個原子之間保持一定的距離，是由于在各原子之間存在著互相作用力的結構，這些結合力就是共價鍵。在 EC和 EV之間是不可能有電子的，故稱為禁帶。空位的作用好象一個帶正電的粒子，在半導體物理學上把它叫作空穴。 光電傳感器的工作原理基于光電效應 。 ?光電子能否產生 ， 取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功 A0。根據工作原理的不同，內光電效應分為 光電導效應 和 光生伏特效應 兩類： （ 1）光電導效應 在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，而引起材料電導率的變化，這種現象被稱為光電導效應 。 接觸的半導體和 PN結中，當光線照射其接觸區域時，便引起光電動勢， 這就是結光電效應。 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 。 4電極 。 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 。 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。 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。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 。這就是光敏電阻的主要優點。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。 目前 ,應用最廣 、 最有發展前途的是硅光電池 。 當光照到PN結區時 ， 如果光子能量足夠大 ， 將在結區附近激發出電子 空穴對 ， 在 N區聚積負電荷 ， P區聚積正電荷 ，這樣 N區和 P區之間出現電位差 。 按結構分 ， 有同質結與異質結之分 。光敏二極管在電路中一般是處于 反向工作狀態 ， 如圖所示 。當集電極加上正電壓 ,基極開路時 ,集電極處于反向偏置狀態。鍺的峰值波長為 15000197。它給出了光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關系。 光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響 ， 減小負載電阻可以提高頻率響應 。 當帶材處于平行光束的中間位置時，電橋處于平衡狀態。當轉軸轉動時，反光與不反光交替出現，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉換為電脈沖信號。 其中的少數載流子 （ 電子 ）被吸收到最高正偏壓電極下的區域內 （ 如圖中Ф1極下 ） ， 形成電荷包 （ 勢阱 ） 。 當 P1極施加高電壓時 ， 在 P1下方產生電荷包 （ t=t0） ；當 P2極加上同樣的電壓時 ， 由于兩電勢下面勢阱間的耦合 ， 原來在 P1下的電荷將在 P P2兩電極下分布 （ t=t1） ；當 P1回到低電位時 ， 電荷包全部流入 P2下的勢阱中 （ t=t2） 。 然后 ,降低梳狀電極電壓 ， 各光敏元件中所積累的光電電荷并行地轉移到移位寄存器中 。 圖 (a)所示結構由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區和輸出二極管組成。 該 CCD結構具有單元密度高 、電極簡單等優點 ， 但增加了存儲器 。 目前，面型 CCD圖像傳感器使用得越來越多，所能生產的產品的單元數也越來越多，最多已達 1024 1024像元。 該形式采用高速開關管構成的高速光電耦合器 ,適用于較高頻率的裝置中。 圖 (a)是在待測轉速軸上固定一帶孔的轉速調置盤，在調置盤一邊由白熾燈產生恒定光，透過盤上小孔到達光敏二極管組成的光電轉換器上，轉換成相應的電脈沖信號，經過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉速由該脈沖頻率決定。 這一類光電池需要特殊的制造工藝 ， 主要用于光電檢測和自動控制系統中 。 光電池在檢測和控制方面應用中的幾種基本電路 BG2 BG1 +12V C J R1 R2 (b) 光電開關 圖 (b)所示電路為光電開關 ， 多用于自動控制系統中 。 220V C1 路燈 CJD10 8V 200μ F 200μ F C2 C3 100μ F R1 R3 R5 R7 R4 R6 R7 R2 J 470kΩ 200kΩ 10kΩ BG1 280kΩ 25kΩ 57kΩ 10kΩ 路燈自動控制器 BG2 BG3 BG4 2CR