《第七章常用器件介绍讲义教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章常用器件介绍讲义教材（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、 常用传感器件 二、 常用光电器件 三、 常用控制器件,常用器件介绍,一 、 什么是传感器,1 干簧管 2 金属热电阻 3 热敏电阻 4 霍尔元件 5 光敏器件,传 感 器器件,二 、几种常见的传感器件, 能够感受非电学量并将它按照一定的规律转化成电学量的一类元件或组件.,一 什么是传感器, 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成. 中华人民共和国国家标准国家标准 GB7665-87,（一）干簧管,原理,磁敏传感器, 磁簧开关,实物图,干簧继电器,二 几种常见的传感器件,特点, 结构简单, 体积小, 极适用于微型化设备. 寿命长. 其开关
2、元器件被密封于惰性气体中, 不与外界环境接触, 不会出现金属疲劳现象. 无需电控制, 工作可靠性高.,电路中只要用到自动开关, 基本上都可以使用干簧管.,应用,干簧管的应用,一种防盗门报警电路,干簧管,（0-8500C）,电阻温度系数,（二） 金属热电阻,（热敏传感器）,铂热电阻,铜热电阻,特点,温度高低引起电阻大小的变化,铂电阻测温仪,（三） 热敏电阻,（热敏传感器）,种类,正温度系数(PTC型) TR 钛酸钡为主要材料 负温度系数(NTC型)TR 氧化锰和氧化铜混合,原理,特性,灵敏度高: 温度系数 3 4% ,比金属大一个数量级, 测温：汽车发动机冷却水温度检测表 控温：过热保护电路；恒
3、温箱；空调机、冰箱温控 热效：电热驱蚊器 ，干手器，暖风机,应用,PTC 自复保险丝,NTC 防浪涌电阻,该收音机功率管除有散热片，还有一个330欧姆的热敏电阻作为保护,（磁敏传感器）,（四） 霍尔元件,特性,磁场引起霍尔电压UH 变化(大小方向),材料,硅、锗、砷化铟,原理,霍尔效应,霍尔元件, 直接应用：测磁场或磁特性,霍尔元件,应用, 间接应用：用人工磁场作为检测信息的载体,霍尔传感器,齿轮转动时，穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，引起霍尔电压的变化.,霍尔轮速传感器,霍尔元件,磁体每经过霍尔元件一次，便输出一个电压脉冲.,霍尔转速传感器,应用：车速表、流量计等,霍尔元件,霍尔流量传感器
4、,霍尔元件,国产CS3120型霍尔开关,国产CS3120型霍尔开关原理框图,霍尔式汽车点火器,门控防盗报警器,门一开，TL3019霍尔开关输出高电平，同时555输出高电平,二、光电二极管,四、光电耦合器,光电器件,一、光敏电阻,三、光电三极管,光电传感器:通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。 在光线作用下, 能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应, 如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应, 即阻层挡光电效应, 如光电池、光敏电阻、光敏晶体管等就属于这类光电器件。 ,一、 光敏电阻, 光敏
5、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。,构造及原理,光敏电阻,光电导效应：电阻率与光照的强度有关,暗电阻/亮电阻,当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 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。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。 图1 - 1 为光敏电阻的原理结构。它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质
6、, 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。,图1 - 1 光敏电阻原理结构, 光敏电阻的主要参数及特点 （1）暗电阻:光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。 （2）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。 （3）光电流:亮电流与暗电流之差称为光电流。 （4）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。 （5）无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）
7、很大, 电路中电流（暗电流）很小； （6）当光敏电阻受到光照时，阻值减小。 （7）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。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。 ,音乐茶杯为什么会发出音乐声?,3 光敏电阻应用,（光敏传感器）,光谱特性及应用,应用1: 硫化镉: 照度计探头; 硫化铅: 火焰探测器探头,应用2：光电开关,二、光电二极管,外形,光变化电流变化 光电转换器 光敏特性,（a） （b） 光电二极管的符号与光电特性的测量电路 （a）符号 （b）光电特性的测量电路,硅光电二极管,光电二极管的伏安特性,有光 光电接收二极管 反偏状态 光电流（恒流
8、） 光电流与照度线性关系,无光 暗电流,国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同，分为2CU和2DU两种系列。 2CU系列以N-Si为衬底， 2DU系列以P-Si为衬底 2CU系列光电二极管只有两个引出线， 而2DU系列光电二极管有三条引出线，除了前极、后极外，还设了一个环极。 硅光电二极管结构示意图 2DU管加环极的目的是为了减少暗电 流和噪声。,光电二极管的用法： 光电二极管的用法只能有两种。 一种是不加外电压，直接与负载相接。 另一种是加反向电压，如图所示。 a) 不加外电源 b) 加反向外电源 c) 2DU环极接法 实际上，不是不能加正向电压，只是正接以后就与普通二极管一样，只有单向导
9、电性，而表现不出它的光电效应。,三、光电晶体管,光电晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大作用。只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，也可以受光的控制。 光电晶体管的外形，有光窗、集电极引出线、发射极引出线和基极引出线（有的没有）。 制作材料一般为半导体硅，管型为NPN型，国产器件称为3DU系列。 光电晶体管原理性结构如右图,正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。 当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放大的电流Ic（Ie（1）Ip），为电流放大倍数。 因此，光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上
10、偏流电路中接一个光电二极管的作用是完全相同的。,光电晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级。 但它的光电特性不如光电二极管好，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。 所以光电晶体管多用来作光电开关元件或光电逻辑元件。 光电晶体管的伏安特性曲线如图,光电(敏) 三极管,一、工作原理,像光电二极管一样实现光 -电转换外，还能放大光电流。有NPN和PNP型之分。,IC =（ 1+）IB, = 100 1000,有3AU、3DU系列,如3DU5C： 最高工作电压 30 V 暗电流 0.2 A 光电流 3 mA (1000 lx 下) 峰值波长 900 nm,二、应用举例
11、,1. 开关电路,直接驱动式，能提 供 3 mA的光电流。,三极管 T 用于放大驱动电流。,2. 测速电路,按键消抖电路,图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B）,只要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。也就是说,即使B点的电压波形是抖动的,但经双稳态电路之后,其输出为正规的矩形波。,按键S未按下时，电容两端电压为0，即与非门输入Vi为0，输出Vo为1。当S按下时，由于C两端电压不能突变，充电电压Vi在充电时间内未达到与非门的开启电压，
12、门的输出Vo将不会改变，直到充电电压Vi大于门的开启电压时，与非门的输出Vo才变为0，这段充电延迟时间取决于R1、R2和C值的大小，电路设计时只要使之大于或等于100ms即可避开按键抖动的影响。同理，按键S断开时，即使出现抖动，由于C的放电延迟过程，也会消除按键抖动的影响。,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。 光电耦合器的发光和接收元
13、件都封装在一个外壳内, 一般有金属封装和塑料封装两种。,四、光电耦合器,（1）基本原理,发光器件 LED,受光器件 光电二极管 光电三极管,实现 电 - 光 - 电 传输和转换,（一）光电耦合器,（2）主要参数,1. 输入参数。即LED的参数,2. 输出参数。与光电管同，其中： （1）光电流 指输入一定电流（10 mA），输出接一定负载（约 500 ）和一定电压（10 V）时输出端产生的电流。 （2）饱和压降 指输入一定电流（20 mA），输出接一定电压（10 V）,调节负载使输出达一定值( 2 mA )时时输出端的电压( 通常为 0.3 V )。,3. 传输参数 （1）电流比CTR 指直流状
14、态下，输出电流与输入电流之比。一般 1。 （2）隔离电阻 RISO。指输入输出间绝缘电阻。 （3）极间耐压 UISO。 指发光管光电管间的绝缘耐压，一般在500 V以上。,（3）类型、特点和用途,分类：,普通光电耦合器 线性光电耦合器,，用作光电开关。,，输出随输入成线性比例变化。,特点：,抗干扰性能好、隔噪声、响应快、寿命长。 用作线性传输时失真小、工作频率高； 用作光电开关时无机械触点疲劳，可靠性高。,用途：,实现电平转换、电信号电气隔离。,（4）应用举例,1. 计算机接口电路示意图,线性光电耦合器,功能： （1）双向数据实时传输； （2）隔离，防止现场干扰窜入计算机； （3）电平转换，适
15、应计算机和工业系统执行机构要求。,2. 光耦合器组成的开关电路,功能： （1）实现脉冲传输； （2）实现电平转换。,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
16、平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场合.,2. 光电开关 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。 图示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。,用光电开关检测物体时, 大部分只要求其输出信号有“高-低”（1-0）之分即可。 下图是基本电路的示例。 （a）、（b）表示负载为CMOS比较器等高输入阻抗电路时的
