光電傳感器修改ppt課件(專業版)

　　

【正文】 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 。 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。 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。 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。 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） 。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。 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 。鍺的峰值波長為 15000197。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 。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。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 。 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。 4電極 。 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。 ?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?？瘴坏淖饔煤孟笠粋€帶正電的粒子，在半導體物理學上把它叫作空穴。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。把 EC與 EV之差記作 Eg，稱為禁帶寬度或帶隙。 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 ?；谶@種效應的光電器件有光敏電阻。 ?ch? ? 光敏電阻的結構如圖 。 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 。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。 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。 ?硅光電池價格便宜 ， 轉換效率高 ， 壽命長 ， 適于接受紅外光 。 其中最典型的是同質結硅光電二極管 。 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。它們之間呈現了近似線性關系。其輸出信號為 0。 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 。 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 。 光柵報時鐘 二相驅動 輸出寄存器 檢波二極管 視頻輸出 垂直轉移 寄存器 感光區 二相驅動 (c) 圖 (c)所示結構是用得最多的一種結構形式。 該組合形式采用了放大三極管構成的高傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅動和較低頻率的裝置中。 光電池應用舉例如下： 1．太陽電池電源 太陽電池電源系統主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調節控制和阻塞二極管組成。 在 實 際 應 用中 ， 主要利用光電池的光照特性、 光譜特性 、 頻率特性和溫度特性等 ， 通過基本電路與其它電子線路的組合可實現或自動控制的目的 。 ?將光電池作光電轉換器件應用 ， 需要光電池具有靈敏度高 、 響應時間短等特性 ， 但不必需要像太陽電池那樣的光電轉換效率 。 (a) (b) (c) (d) 光電耦合器的組合形式 該形式結構簡單、成本低，通常用于 50kHz以下工作頻率的裝置內。 當整幀視頻信號自存儲移出后 ， 就開始下一幀信號的形成 。 在光積分時間結束時 ,轉移柵上的電壓提高 (平時低電壓 ),與 CCD對應的電極也同時處于高電壓狀態 。 當向 SiO2表面的電極加正偏壓時 ， P型硅襯底中形成耗盡區 （ 勢阱 ） ， 耗盡區的深度隨正偏壓升高而加大 。這光束由帶材遮擋一部分，另一部分射到角矩陣反射鏡 6后被反射，又經透鏡 半透反射鏡 3和雙凸鏡 7會聚于光敏晶體管 8上。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 600 800 1000 0 （ 3）光照特性 光敏三極管的光照特性如圖所示。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發射極一邊做的很大 ,以擴大光的照射面積 ,且其基極不接引線。 按材料分 ， 光電二極管有硅 、 砷化鎵 、 銻化銦光電二極管等許多種 。 如 ， 硒光電池 、 砷化鎵光電池 、 硅光電池等 。 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。 一般在自動控制系統中用作光電開關 。 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 。 為實現能級的躍遷 ，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度 Eg， 即 hν= = ≥Eg(eV) 式中 ν和 λ— 入射光的頻率和波長 。 當光照射在物體上，使物體的電阻率 ρ發生變化，或產生光生電動勢的現象 叫做內光電效應，它多發生于半導體內。 ? ? Ehg二 、 半導體的光導效應 三 、 半導體的光生伏特效應 一 、 光電效應 是指物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量 ， 從而產生的電效應 。把導帶底的能量記作 EC，把價帶頂的能量記作 EV。 與原子的最多層軌道的價電子相對應的能帶叫做價帶 。反之，導帶中的一個電子也可以躍遷到價帶中去，在價帶中填補一個空穴，把這一過程叫做復合。 光線頻率低于紅限頻率 ， 光子能量不足以使物體內的電子逸出 ， 因而小于紅限頻率的入射光 ， 光強再大也不會產生光電子發射；反之 ， 入射光頻率高于紅限頻率 ， 即使光線微弱 ， 也會有光電子射出 。 利用物質在光的照射下電導性能改變或產生電動勢的光電器件 稱 內光電效應器件，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 6黑色絕緣玻璃 。 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～ 10