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1、Company LOGO 光电传感器 vv光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转 换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料 ，做成的器件称光敏器件。在计算机、自动检测，做成的器件称光敏器件。在计算机、自动检测 、控制系统应用非常广泛。、控制系统应用非常广泛。 vv光敏器件种类很多，光敏器件种类很多， vv 如：如： 光电管、光电管、 光敏二极管、光敏二极管、 vv 光电倍增管、光电倍增管、 光敏三极管、光敏三极管、 vv 光敏电阻、光敏电阻、 光电池、光电池、 vv 光电耦合器、光电耦合器、 光纤等等。光
2、纤等等。 光电器件 外光电效应 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。 外光电器件类型 光电管 光电倍增管 光电管 光电管分真空光电管和充气光电管 惰性气体 光电管 v主要用于： v分光光度计、 v 光电比色计等分析仪器 v 和各种自动装置 光电管阳极用细长的金属丝弯成圆形或矩形。 当阴极受到光线照射时，电子从阴极逸出，在电 场作用下被阳极收集，形成光电流I，该电流及负 载电阻RL上的电压将随光照的强弱而改变，达到把 光信号变化转换为电信号变化的目的。 光电倍增管 K为阴极，D1D4为二次发射体，称倍增极，A为阳 极，一般阳极和阴极之间的电压为10002500V ，两相邻倍增
3、极之间的电压为50100V。 阳极最后收集到的电子数将达到阴极发射电子数的 105106倍。 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。分为光电导效 应和光生伏特效应。 光敏电阻 半导体材料制成一个电阻器件，使用时即可加直流电压 ，又可加交流电压。无光照时，光敏电阻阻值（暗电阻 ）很大，受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电 阻）急剧减小， 在玻璃底板上均匀的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，光敏电阻就是通过引出线端接入电路。 我们选用的为内光电效应的传感器。 名称图形光谱特性工作方式 光敏电阻可见光
4、电阻变化 光敏二极管可见光 红外线 电流变化 光敏三极管可见光 红外线 电流变化 光敏电阻的主要参数 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。 亮电阻 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。 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 光敏电阻的基本特性 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 光电流 亮电流与暗电流之间的差值称为光电流。 光谱特性 对应于不同波长，光敏电 阻的灵敏度是不同的，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
5、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与近红外和中红外区，常用做火 焰探测器的探头。 光敏电阻演示 当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。 暗电流（越小越好） 白天，Rg小,VT2导通VT3截止， VT4导通，晶闸管VS截止，H灭； 晚上， Rg大， VT2截止，VT3由VT1控制，待机，VT2失去对VT3控制压电陶瓷片 B接收声音触发信号，VT3导通，VT4截止，晶闸管VS导通，H点亮； 同时 D整流压降突然下降VT3保持低电压，保持VS通， H亮后，C3经电阻缓慢放 电，直到不再维持VT4截止 光敏二极管和光敏晶体管 光敏二极
6、管装在透明的玻璃外壳中， 其PN结装在管的顶部，可以直接受到 光的照射。光敏二极管在电路中一般 是处于反向工作状态，当没有光照射 时，反向电阻很大，反向电流很小。 当光线照射在PN结上，PN结附近产生光生 电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电 场作用下做定向移动，形成光电流。 光敏二极管在不受光照射时处于截止 状态，受光照射时处于导通状态。 光敏晶体管与一般晶体管相似它的发射极一边做得很大 ，以扩大光的照射面积，大多数光敏晶体管的基极无引 出线，当光照射在集电结时就会在结附近产生电子空 穴对，便会有大量的电子流向集电极，形成输出电流， 使RCE急剧减小。 基本特性 在可见光或探测赤热状态物体
7、时，一般都用硅管。但对 红外线探测时，锗管较为适宜。 光敏二极管的反向偏置接法 在没有光照时，由于二 极管反向偏置，所以反向电 流很小，这时的电流称为暗 电流，相当于普通二极管的 反向饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结（又称耗尽 层）上时，在PN结附近产生 的电子-空穴对数量也随之 增加，光电流也相应增大， 光电流与照度成正比。 伏安特性 当光照时，反向电流随着光照强度的增大 而增大。 频率特性 光敏管的频率特性是指光敏管的输出电流（ 或相对灵敏度）随频率变化的关系。 温度特性 光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光 电流与温度的关系。 光电池 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实
8、质上 是一个大面积的PN结，当光照射在PN结的一个面，在结 电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势 。 基本特性 光谱特性 光电池对不同波长的光灵敏度是不同的。 光照特性 光电池在不同光照度下，其光电流和光生 电动势是不同的 。 频率特性 硅光电池有较好的频率响应 。 温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电 压和短路电流随温度变化的情况。 电荷耦合器件，又称CCD图象传感器，是一种大 规模 集成电路光电器件；电荷耦合器件具有光电转换， 信 息存储、转移传输、处理以及电子快门等功能。 特点： 1.集成度高、尺寸小、电压低（DC712V）功耗小。 2.空间分辨率高，线阵分辨能力可
9、达7m，面阵分辨 率在1000电视线以上； 3.光电灵敏度高，好的器件可达0.01lx；动态范围大， 106：1；信噪比60-70dB； 4.可选模拟、数字不同输出形式，便于和计算机连机 。 光电耦合器件（CCD) Charge Coupled Devices 光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电 接收元件合并使用, 以光作为媒介传递信号的光电器 件。光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二 极管, 光电接收元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管或光可控硅等。根据其结构和用途不同，又可 分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物 体的光电开关。 光电耦合器件（DDC) Cha
10、rge Coupled Devices 光电耦合器的发光和接收元件都封装在一个外壳内, 一般有金属封装和塑料封装两种。 耦合器常见的组 合形式如下图 光电耦合器 图(a)所示的组合形式结构简单、成本较低, 且输出电流较 大, 可达100 mA, 响应时间为34s。 图(b)形式结构简 单, 成本较低、 响应时间快, 约为1s, 但输出电流小, 在50300 A之间。图（c）形式传输效率高, 但只适用于 较低频率的装置中。 图（d）是一种高速、高传输效率的新 颖器件。对图中所示无论何种形式, 为保证其有较佳的灵敏 度, 都考虑了发光与接收波长的匹配。 光电耦合器实际上是一个电量隔离转换器, 它具
11、有抗 干扰性能和单向信号传输功能, 广泛应用在电路隔离 、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等 场合. v光电耦合技术的发展促 进了各种视频装置的普 及和微型化，应用遍及 航天、遥感、天文、通 讯、工业、农业、军用 等各个领域。 v基于CCD光电耦器件的输 入设备：数字摄像机、数 字相机、平板扫描仪、指 纹机 光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接 收, 并进行光电转换, 同时加以某种形式的放大和控 制, 从而获得最终的控制输出“开”、 “关”信号 的器件。 光电开关 下图为典型的光电开关结构图。图（a）是一种透射式的光电 开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。 当不透
12、明 的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收 不到来自发光元件的光, 这样起到检测作用。 图（b）是一种反射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件 的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一般即为待测物 所在处。当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反 射的光, 没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、 高速、非接触, 而且与TTL、MOS等电路容易结合。 光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作 光控制和光探测装置。可在自控系统中用作物体检测， 产品 计数, 料位检测，尺寸控制，安全报警及计算机输入接口等用 途。 光电器件的测量方法 思考题：光敏三极管
13、光控继电器电路 当无光照 时，V1截止，I =0，则V2处于什 么状态？继电器 KA吸合还是释 放？如果将V1与 R b2位置上下对 调，其结果如何 ？ 家用电视机的遥控器 调制型光电开关原理 光电开关的LED多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电 流驱动，从而发射40kHz调制光脉冲。相应地，接收光电 元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯 片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减 小发射LED的功耗。 红外接收解调控制电路 IC1是红外接收头，它接收发射部分发出的红外线信号 ，接收的调制载波频率仍为38kHz，接收信号经IC1解调后 ，在其输出端OUT输出频率为f1
14、的方波信号，只要将 LM567的中心频率f01调到(用RP)与发射端f1相同，即 f01=f1，则当发射端发射时，LM567开始工作，脚由高 电平变为低电平，该低电平使三极管8550导通，在A点输 出开关信号驱动D触发锁存器，再由它驱动语音提示开关电 路工作。这样，只要遮断发射部分发射的红外线，接收部 分即可输出开关信号关闭控制电路，当不遮断发射的红外 线时，控制开关信号打开，这就完成了完整的光电自动控 制功能。 红外接收头详解 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成 ，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组 成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复 杂，体积却很小
15、，还不及一个7805体积大。 SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路 ，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大 小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高， 并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚 ，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作 电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接 收放大器，使用十分方便。 它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入 信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调 会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简 化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红 外信号的理想装置。 小车行驶
16、路线 火焰探测报警器 下图是采用硫化铅光敏电阻为探测元件的火焰探测器电路图 。硫化铅光敏电阻的暗电阻为1 M，亮电阻为0.2 M(光照 度 0.01 W/m2下测试的)，峰值响应波长为2.2m。硫化铅光 敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路，其偏置电压约为 6 V， 电流约为 6。V2管集电极电阻两端并联 68 F的电容， 可以抑制100 Hz以上的高频，使其成为只有几十赫兹的窄带 放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号 经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用恒压偏置 电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件阻值的变 化不致于影响输出信号的幅度， 保证火焰报警器能长期稳定 地工作。 光电式纬线探测器 光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否 断线的一种探测器。下图为光电式纬线探测器原理电路图。 当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管VD发出的红外光
