第4章 光电式传感器.ppt

第4章光电式传感器
光电效应
光电器件
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光纤传感器
光传感器应用实例
实训
光电效应
光电效应
光电元件的理论基础是光电效应。
光可以认为是由一定能量的粒子(光子)所形成,每个光子具有的能量hγ正比于光的频率γ(h为普朗克常数)。
用光照射某一物体,可以看做物体受到一连串能量为hγ的光子所轰击。
物体材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。
外光电效应
光照射于某一物体上,使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应,也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。
外光电效应可由爱因斯坦光电方程来描述:
一个光子的能量只能给物体中的一个自由电子,使自由电子能量增加hγ,这些能量一部分用于克服逸出功A,另一部分作为光电子逸出时的初动能:
内光电效应
光照射于某一物体上,使其导电能力发生变化,这种现象称为内光电效应,也称光电导效应。
硫化镉、硒化镉、硫化铅、硒化铅等在受到光照时均会出现电阻下降的现象。
电路中反偏的PN结在受到光照时也会在该PN结附近产生光生载流子(电子-空穴对)。
利用上述现象可制成光敏电阻,光敏二极管,光敏三极管,光敏晶闸管等光电转换器件。
光生伏打效应
在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。
具有该效应的材料有硅、硒、氧化亚铜、硫化镉、砷化镓等。
例如,当一定波长的光照射PN结时,就产生电子-空穴对,在PN结内电场的作用下,空穴移向P区,电子移向N区,于是P区和N区之间产生电压,即光生电动势。
利用该效应可制成各类光电池。
光电器件
光电器件
光电管和光电倍增管
光电管和光电倍增管同属于用外光电效应制成的光电转换器件。

光电管的外形如图4-1所示。金属阳极A和阴极K封装在一个玻璃壳内,当入射光照射在阴极时,光子的能量传递给阴极表面的电子,当电子获得的能量足够大时,逸出金属表面形成电子发射,这种电子称为光电子。
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图4 -1 一种常见的光电管外形
1-阳极A 2-阴极K 3-玻璃外壳
4-管座 5-电极引脚 6-定位销
图4 -2 光电管符号及测量电路
Iφ
UL
RO
E
(+50 ~ +70)V
光电管的图形符号及测量电路如图4-2所示。