光电式11光敏电阻.ppt
第8章 光电式传感器（photoelectricity style sensor）8.1 光电器件 8.2 光纤传感器,8.1 光电器件 1.外光电效应 E=h h=6.62610-34(Js)光的频率（s-1）,在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。（photoelectron）基于外光电效应的光电器件：光电管 光电倍增管。,.,爱因斯坦光电效应方程,2.内光电效应 在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。,（1）光电导效应 在光线作用下，半导体材料吸收了入射光子能量，若光子的能量足够大，就会激发出电子空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，称为光电导效应。例如：光敏电阻。,（2）光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。例如光电池。,8.1.1 光敏电阻 1.光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。,无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电流迅速增大。,一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。,光敏电阻的结构很简单，图8-1（a）为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。,光敏电阻结构(a)光敏电阻结构；(b)光敏电阻电极；(c)光敏电阻接线图,在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻通过引出线端接入电路。,为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。,2.光敏电阻的主要参数(1)暗电阻 光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。(2)亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。,(3)光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。,3.光敏电阻的基本特性(1)伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图8-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。,硫化镉光敏电阻的伏安特性,光敏电阻在一定电压范围内，其 IU 曲线为直线。电阻值与入射光量有关，而与电压电流无关。,（2）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流 I 和光照强度之间的关系。不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图8-3为硫化镉光敏电阻的光照特性。,光敏电阻的光照特性,(3)光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。,图8-4 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。,光敏电阻的光谱特性,铊 t 一种金属元素，用来制造：光电管 低温温度计 光学玻璃等。它的盐类有毒，用于医药。,对应于不同的波长，光敏电阻的灵敏度不同，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。,硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度量测量（照度计）的探头。硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区，常用做火焰探测器的探头。,（4）频率特性 光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化。即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。大多数的光敏电阻时间常数都较大。这是它的缺点之一。,不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数（毫秒数量级），因而它们的频率特性也就各不相同。图8-5为硫化镉和硫化铅光敏电阻的频率特性，相比较，硫化铅的使用频率范围较大。,光敏电阻的频率特性,(5)温度特性 光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化时，影响光谱响应，同时灵敏度和暗电阻也随之改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。,图8-6为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。,图 8-6 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性,它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。对于可见光的光敏电阻，其温度影响要小一些。,光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点，所以应用广泛。此外许多光敏电阻对红外线敏感，适宜于红外线光谱区工作。,光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐，并且由于光照特性的非线性，不适宜于测量要求线性的场合，常用作开关式光电信号的传感元件。,表 8-1 几种光敏电阻的特性参数,课外作业 p.152 81 81 光电效应有哪几种？相对应的光电器件各有哪些？,
