传感器原理孟立凡蓝金辉cgq

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1、第第1010章章 光电式传感器光电式传感器10.1 10.1 光电式传感器的工作原理及基本组成光电式传感器的工作原理及基本组成10.2 10.2 光电式传感器中的敏感元件光电式传感器中的敏感元件10.3 10.3 光电式传感器的类型及设计光电式传感器的类型及设计10.4 10.4 光电式传感器的应用光电式传感器的应用 光电式传感器是利用光电器件把光信号光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置，光电式传感器工作转换成电信号的装置，光电式传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应通过光电器件再把光量的变化转换为

2、相应的电量变化，从而实现非电量的测量。其的电量变化，从而实现非电量的测量。其核心（敏感元件）是光电器件，基础是光核心（敏感元件）是光电器件，基础是光电效应。电效应。 光电式传感器可用来测量光学量或测量已先行转换为光学光电式传感器可用来测量光学量或测量已先行转换为光学量的其它被测量，然后输出电信号。量的其它被测量，然后输出电信号。 测量光学量量光学量时，光，光电器件是作器件是作为敏感元件使用；而敏感元件使用；而测量其量其它物理量它物理量时，它作，它作为变换元件使用。元件使用。 光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光路部分实现光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测信号对光量的控制

3、和调制，电路部分完成从光信号到电信被测信号对光量的控制和调制，电路部分完成从光信号到电信号的转换。号的转换。10.1 10.1 光电式传感器的工作原理及基本组成光电式传感器的工作原理及基本组成 常用的光常用的光电转换元件有真空光元件有真空光电管、充气光管、充气光电管、光管、光电倍增管、光敏倍增管、光敏电阻、光阻、光电池、光池、光电二二极管及光敏三极管等，它极管及光敏三极管等，它们的作用是的作用是检测照射其照射其上的光通量。上的光通量。选用何种形式的光用何种形式的光电转换元件取决元件取决于被于被测参数所需的灵敏度、响参数所需的灵敏度、响应的速度、光源的的速度、光源的特性及特性及测量量环境和条件等

4、。境和条件等。 光电式传感器中的敏感元件光电式传感器中的敏感元件 当光照射在某些物体上当光照射在某些物体上时，光能量作用于，光能量作用于实测物而物而释放出放出电子，子，这种种现象称象称为光光电效效应，所放出，所放出的的电子叫光子叫光电子。光子。光电效效应一般分一般分为外光外光电效效应和和内光内光电效效应两大两大类。根据。根据这些效些效应可以做出相可以做出相应的的光光电转换元件，元件，简称光称光电元件或光敏器件。元件或光敏器件。 光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得传给光电材料表

5、面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离金属表面足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离金属表面而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。 爱因斯坦的光子假设：光子是具有能量的粒子，每一光子爱因斯坦的光子假设：光子是具有能量的粒子，每一光子的能量的能量:h普朗克常数，普朗克常数，6.62610-34Js；光的频率（光的频率（s-1）不同频率的光子，具有不同的能量。不同频率的光子，具有不同的能量。 10.2.1 10.2.1 外光电效应型光电器件外光电效应型光电器件E=h 根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受

6、一个光子的能量，根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过释放电子所需时间不超过10- -9s。 根据能量守恒定理根据能量守恒定理 该方程称为爱因斯坦光电效应方程。该方程称为爱因斯坦光电效应方程。式中式中 m电子质量；电子质量；v0电子逸出速度；

7、电子逸出速度； A 表面电子逸出功表面电子逸出功 不不同同的的物物质质具具有有不不同同的的逸逸出出功功，即即每每一一个个物物体体都都有有一一个个对对应应的的极极限限频频率率，称称为为红红限限频频率率（），相相应应的的极极限限波波长长称称为为阈阈波波长长（）。光光线线频频率率低低于于红红限限频频率率，光光子子能能量量不不足足以以使使物物体体内内的的电电子子逸逸出出，因因而而小小于于红红限限频频率率的的入入射射光光，光光强强再再大大也也不不会会产产生生光光电电子子发发射射；反反之之，入入射射光光频频率率高高于于红红限限频频率（波长小于阈波长），即使光线微弱，也会有光电子射出。率（波长小于阈波长），

8、即使光线微弱，也会有光电子射出。 从光子假从光子假设中可看到中可看到: 某一金属（或某一物质）产生光电效应时，有一定的光频某一金属（或某一物质）产生光电效应时，有一定的光频阈值存在。阈值存在。光电子初动能决定于光的频率，而和入射光的强度无关。光电子初动能决定于光的频率，而和入射光的强度无关。 一个光子的全部能量是一次被一个电子所吸收，无需一个光子的全部能量是一次被一个电子所吸收，无需积累能量的时间积累能量的时间. 利用物利用物质在光的照射下在光的照射下发射射电子的外光子的外光电效效应而制成而制成的光的光电器件，一般都是真空的或充气的光器件，一般都是真空的或充气的光电器件，如光器件，如光电管和光

9、管和光电倍增管。倍增管。 光电子逸出物体表面具有初始动能光电子逸出物体表面具有初始动能mv02 /2 ，因此外光，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。止电压与入射光的频率成正比。 左图为光电发射检测装置，右图为测出的光电流随光强左图为光电发射检测装置，右图为测出的光电流随光强的变化曲线，可以看出：在足够的外加电压下，当入射光的的变化曲线，可以看出：在足够的外加电压下，当入射光的频谱成分不变

10、时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。 1.光电管及其基本特性光电管及其基本特性 (1)结构与工作原理结构与工作原理 光光电管有真空光管有真空光电管和充气光管和充气光电管或称管或称电子光子光电管和离管和离子光子光电管两管两类。两者。两者结构相似，如构相似，如图所示。它所示。它们由一个阴由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光装在玻璃管内壁上，其上涂有光

11、电发射材料。阳极通常用射材料。阳极通常用金属金属丝弯曲成矩形或弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。当光照在形，置于玻璃管的中央。当光照在阴极上阴极上时，中央阳极可收集从阴极上逸出的，中央阳极可收集从阴极上逸出的电子，在外子，在外电场作用下形成作用下形成电流流I。充气光电管管壳内充有低压惰性气体（通常是氩气和氖气）充气光电管管壳内充有低压惰性气体（通常是氩气和氖气），由于气体被电离而形成的电子倍增效应，使到达阳极的，由于气体被电离而形成的电子倍增效应，使到达阳极的电子数目比真空光电管大电子数目比真空光电管大10倍左右。与真空光电管相比，倍左右。与真空光电管相比，灵敏度高，但稳定性和频率特性差。灵

12、敏度高，但稳定性和频率特性差。 (2)主要性能主要性能 1)光电管的伏安特性光电管的伏安特性 在一定的光照射下，对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生在一定的光照射下，对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。它是应用光电传感器的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。它是应用光电传感器参数的主要依据。参数的主要依据。图（图（a）中，同一光强下，在）中，同一光强下，在020V范围内，阳极电压增大，光范围内，阳极电压增大，光电子到达阳极的数目也增大，阳极电流急剧增大，当阳极电压大电子到达阳极的数目也增大，阳极电流急剧增大，当阳极电压大于于20V后，随着电压的增大，电流几

13、乎不变，这部分称为饱和区。后，随着电压的增大，电流几乎不变，这部分称为饱和区。另外，随着光强的增加，光电流增大，即光电流与光强成正比。另外，随着光强的增加，光电流增大，即光电流与光强成正比。图（图（a）真空光电管）真空光电管图（图（b）充气光电管）充气光电管 2)光电管的光照特性光电管的光照特性 当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。其特性曲线如下图所电流之间的关系为光电管的光照特性。其特性曲线如下图所示。示。 光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之比）光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之

14、比）称为光电管的灵敏度。称为光电管的灵敏度。氧铯阴极光电管氧铯阴极光电管锑铯阴极光电管锑铯阴极光电管 3)光电管的光谱特性光电管的光谱特性 由由于于光光阴阴极极对光光谱有有选择性性，因因此此光光电管管对光光谱也也有有选择性性。保保持持光光通通量量和和阴阴极极电压不不变，阳阳极极电流流与与光光波波长之之间的关系叫光的关系叫光电管的光管的光谱特性。特性。 一一般般对于于光光电阴阴极极材材料料不不同同的的光光电管管，它它们有有不不同同的的红限限频率率n n0，因因此此它它们可可用用于于不不同同的的光光谱范范围。除除此此之之外外，即即使使照照射射在在阴阴极极上上的的入入射射光光的的频率率高高于于红限限

15、频率率n n0，并并且且强强度度相相同同，随随着着入入射射光光频率率的的不不同同，阴阴极极发射射的的光光电子子的的数数量量也也会会不不同同，即即同同一一光光电管管对于于不不同同频率率的的光光的的灵灵敏敏度度不不同同，这就就是是光光电管管的的光光谱特特性性。所所以以，对各各种种不不同同波波长区域的光，区域的光，应选用不同材料的光用不同材料的光电阴极。阴极。 国产国产GD-4型的光电管，阴极是用锑铯材料制成的。其红型的光电管，阴极是用锑铯材料制成的。其红限限0=7000，它对可见光范围的入射光灵敏度比较高，转换效，它对可见光范围的入射光灵敏度比较高，转换效率：率：25%30%。它适用于。它适用于白

16、光光源白光光源，因而被广泛地应用于各，因而被广泛地应用于各种光电式自动检测仪表中。对种光电式自动检测仪表中。对红外光源红外光源，常用银氧铯阴极，构，常用银氧铯阴极，构成红外传感器。对成红外传感器。对紫外光源紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极。另外，常用锑铯阴极和镁镉阴极。另外，锑钾钠铯阴极的光谱范围较宽，为锑钾钠铯阴极的光谱范围较宽，为30008500，灵敏度也较，灵敏度也较高，与人的视觉光谱特性很接近，是一种新型的光电阴极；但高，与人的视觉光谱特性很接近，是一种新型的光电阴极；但也有些光电管的光谱特性和人的视觉光谱特性有很大差异，因也有些光电管的光谱特性和人的视觉光谱特性有很大差异，因而在测量

17、和控制技术中，这些光电管可以担负人眼所不能胜任而在测量和控制技术中，这些光电管可以担负人眼所不能胜任的工作，如坦克和装甲车的夜视镜等。的工作，如坦克和装甲车的夜视镜等。 一般充气光电管当入射光频率大于一般充气光电管当入射光频率大于8000Hz时，光电流将时，光电流将有下降趋势，频率愈高，下降得愈多。有下降趋势，频率愈高，下降得愈多。 2.光电倍增管及其基本特性光电倍增管及其基本特性 1）结构与工作原理构与工作原理 当入射光很微弱当入射光很微弱时，普通光，普通光电管管产生的光生的光电流很小，流很小，只有零点几个微安，很不容易探只有零点几个微安，很不容易探测，这时常用光常用光电倍增管倍增管对电流流

18、进行放大，下行放大，下图是光是光电倍增管的外形和工作原理倍增管的外形和工作原理图。光光电倍增管由光阴极、倍增电极以及阳极三部分组成。光阴极电倍增管由光阴极、倍增电极以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成。次阴极是在镍或钢铍的衬是由半导体光电材料锑铯做成。次阴极是在镍或钢铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的。阳极是最后用来收集电子的。底上涂上锑铯材料而形成的。阳极是最后用来收集电子的。 在玻璃管在玻璃管4内由光电阴极内由光电阴极1（K）、若干个倍增极）、若干个倍增极2(Dn, n=414）和阳极）和阳极3（A）三部分组成。由一定材料制成的光）三部分组成。由一定材料制成的光电阴极电阴极K受

19、入射光受入射光照射时照射时,可发射出光电子可发射出光电子,形成光电流形成光电流i。因倍增极和阳极上加有一定的电位（图中经分压电阻获得）因倍增极和阳极上加有一定的电位（图中经分压电阻获得）,光电阴极发射的光电子被第一倍增极光电阴极发射的光电子被第一倍增极D1的正电压所加速的正电压所加速,而轰而轰击第一倍增极击第一倍增极D1,打击出二次电子；同样打击出二次电子；同样,二次电子又二次电子又被第二倍增极被第二倍增极D2的正的正电压所加速电压所加速,而轰击而轰击第二倍增极第二倍增极D2,打击打击出更多的二次电子。出更多的二次电子。依次下去依次下去,最后全部最后全部二次电子被带正电位二次电子被带正电位的阳

20、极的阳极A所收集所收集,形成形成光电流光电流i。如如果果在在光光电电阴阴极极上上由由于于入入射射光光的的作作用用发发射射出出一一个个电电子子,这这个个电电子子将将被被第第一一倍倍增增极极的的正正电电压压所所加加速速而而轰轰击击第第一一倍倍增增极极。设设这这时时第第一一倍倍增增极极有有个个二二次次电电子子发发出出,这这个个电电子子又又轰轰击击第第二二倍倍增增极极。而而其其产产生生的的二二次次电电子子又又增增加加倍倍。经经过过n个个倍倍增增极极后后,原原先先一一个个电电子子将将变变为为n个个电电子子。这这些些电电子子最最后后被被阳阳极极所所收集而在光电阴极与阳极之间形成电流收集而在光电阴极与阳极之

21、间形成电流i,则则i=in 式式中中： n为为二二次次发发射射极极数数；为为二二次次电电子子发发射射系系数数。故故输输出电压出电压Usc=iR= in R 光电倍增管的优点是放大倍数很高光电倍增管的优点是放大倍数很高,可达可达106, 线性好线性好,频频率特性好；缺点是体积大率特性好；缺点是体积大,需数百伏至需数百伏至1 kV的直流电压供电。的直流电压供电。光电倍增管一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合。光电倍增管一般用于微弱光输入、要求反映速度很快的场合。 2 2）主要参数）主要参数 （1）倍增系数）倍增系数M 倍倍增增系系数数M等等于于各各倍倍增增电电极极的的二二次次电电子子发发射射

22、系系数数i 的的乘乘积积。如果如果n个倍增电极的个倍增电极的i都一样，则阳极电流都一样，则阳极电流I为为（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电阴极的灵敏度。入射一个光子在阴极上，最后在阳极上能收集极的灵敏度。入射一个光子在阴极上，最后在阳极上能收集到的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。到的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。光电倍增管的电流放大倍数光电倍增管的电流放大倍数为为（3）暗电流）暗电流 一一般般在在使使用用光光电倍倍增增管管时，必必须把把管管放放在在暗暗

23、室室里里避避光光使使用用，使使其其只只对入入射射光光起起作作用用。但但是是，由由于于环境境温温度度、热辐射射和和其其它它因因素素的的影影响响，即即使使没没有有光光信信号号输入入，加加上上电压后后阳阳极极仍仍有有电流流，这种种电流流称称为暗暗电流流。暗暗电流流主主要要是是热电子子发射射引引起起，它它随随温温度度增增加加而而增增加加。不不过暗暗电流通常可以用流通常可以用补偿电路加以消除。路加以消除。（4）光）光电倍增管的光倍增管的光谱特性特性 光光电倍倍增增管管的的光光谱特特性性与与相相同同材材料料的的光光电管管的的光光谱特性很相似。特性很相似。思考题 1. 什么是外光电效应？什么是外光电效应？

24、2. 说明爱因斯坦光电效应方程的含义。说明爱因斯坦光电效应方程的含义。 3.什么是红限频率？什么是红限频率？ 4.简述光电倍增管的工作原理。简述光电倍增管的工作原理。 内光电效应是指某些半导体材料在入射光能量的激发内光电效应是指某些半导体材料在入射光能量的激发下产生电子空穴对，致使材料电性能改变的现象。下产生电子空穴对，致使材料电性能改变的现象。 这种效应可分为因光照引起半导体电阻值变化的光导这种效应可分为因光照引起半导体电阻值变化的光导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种。 基于光导效应的光电器件有光敏电阻；基于光生伏特效基于光导效应的光电器件有

25、光敏电阻；基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管、光电位应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管、光电位置敏感器件（置敏感器件（PSD）。）。10.2.2 10.2.2 内光电效应型光电器件内光电效应型光电器件光光导导效效应应原原理理：当当光光照照射射到到半半导导体体材材料料上上时时，价价带带中中的的电电子子受受到到能能量量大大于于或或等等于于禁禁带带宽宽度度的的光光子子轰轰击击，并并使使其其由由价价带带越越过过禁禁带带跃跃入入导导带带，如如图图，使使材材料料中中导导带带内内的的电电子子和和价价带带内内的的空空穴穴浓浓度增加，从而使电导率变大。度增加，从而使电导率变大。

26、导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg 材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，总存在一个照射光波长限总存在一个照射光波长限0，只有波长小于，只有波长小于0的光照射在光的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。电导率的变化体现了电阻率的变化。电导率增加。电导率的变化体现了电阻率的变化。式中式中、分别为入射光的频率和波长。分别为入射光的频率和波长。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁为了实现能级的跃迁，入射光

27、的能量必须大于光电导材料的禁带宽度带宽度Eg，即，即光生伏特效应原理光生伏特效应原理 在在光光线线作作用用下下能能够够使使物物体体产产生生一一定定方方向向的的电电动动势势的的现现象象叫叫做光生伏特效应。做光生伏特效应。p 势垒效应（结光电效应）。势垒效应（结光电效应）。 接触的半导体和接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。引起光电动势，这就是结光电效应。 以以PN结为例，主要光电转换过程如下结为例，主要光电转换过程如下:当用光子能量当用光子能量hEg（ Eg为禁带宽度）的入射光照射半导体为禁带宽度）的入射光照射半导体P

28、N结时结时,半导体内的半导体内的电子吸收能量电子吸收能量,可激发出电子可激发出电子空穴对。这些非平衡载流子空穴对。这些非平衡载流子如果运动到如果运动到PN结附近结附近,就会在就会在PN结内建电场结内建电场E内内的作用下分离。的作用下分离。电子逆着电子逆着E内内的方向向的方向向N区运动区运动,而空穴沿着而空穴沿着E内内的方向向的方向向P区移区移动动,如图如图(a)所示。结果在所示。结果在N区边界积累了电子区边界积累了电子,在在P区边界积区边界积累了空穴累了空穴,如图如图(b)所示。这样就产生了一个与平衡态所示。这样就产生了一个与平衡态PN结内结内建场方向建场方向(由由N区指向区指向P区区)相反的

29、光生电场相反的光生电场(由由P区指向区指向N区区),即在即在P区与区与N区间建立了光生电动势。这样就把光能转化成了区间建立了光生电动势。这样就把光能转化成了电能。若在两极间接上负载电能。若在两极间接上负载,则会有光生电流通过负载。则会有光生电流通过负载。 PN结的两个重要参数结的两个重要参数:短路电流短路电流Isc： 光照下的光照下的PN结，外电路短路时，从结，外电路短路时，从P端流出，经过外端流出，经过外电路，从电路，从N端流入的电流称为短路电流端流入的电流称为短路电流Isc。 说明在说明在PN结短路上连一检流计可以测出结短路上连一检流计可以测出IL的值。的值。开路电压开路电压Voc： 光照

30、下的光照下的PN结外电路开路时结外电路开路时P端对端对N端的电压。端的电压。 可见，直接在可见，直接在PN结两端并联一个电压表，可测量光照结两端并联一个电压表，可测量光照时时PN结两端形成的电势差的值。结两端形成的电势差的值。 p 侧向光电效应侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度，当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度，将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度

31、梯度，因而载流子就要扩散。如浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（PSD）。）。 1.光敏电阻光敏电阻 1）结构和原理）结构和原理 光光敏敏电阻阻又又称称光光导管管，是是利利用用光光电

32、导效效应制制成成的的。由由于于光光的的照照射射，使使半半导体体的的电阻阻变化化，入入射射光光强强，电电阻阻减减小小，入射光弱，电阻增大，入射光弱，电阻增大，所以称所以称为光敏光敏电阻。阻。 如如果果把把光光敏敏电阻阻连接接到到外外电路路中中，在在外外加加电压的的作作用用下下，用用光光照照射射就就能能改改变电路路中中电流流的的大大小小，并并非非一一切切纯半半导体体都都能能显示示出出光光电特特性性。对于于不不具具备这一一特特性性的的物物质可可以以加加入入杂质使使之之产生生光光电效效应。用用来来产生生这种种效效应的的物物质由由金金属属的硫化物、硒化物、碲化物等的硫化物、硒化物、碲化物等组成。成。 如

33、如图图所所示示，光光敏敏电电阻阻的的管管芯芯是是一一块块安安装装在在绝绝缘缘衬衬底底上上带带有有两两个个欧欧姆姆接接触触电电极极的的光光电电导导体体。光光导导体体吸吸收收光光子子而而产产生生的的光光电电导导效效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到A金属封装的硫化镉光敏电阻结构图光导电材料绝缘衬低引线电极引线光电导体内内部部去去，但但扩扩散散深深度度有有限限，因因此此光光电电导导体体一一般般都都做做成成薄薄层层。为为了了获获得得高高的的灵灵敏敏度度，光光敏敏电电阻阻的的电电极极一一般般采采用用折折线线或或梳梳状状图图案案

34、。由由于于在在间间距距很很近近的的电电极极之之间间有有可可能能采采用用大大的的灵灵敏敏面面积积，所所以以提提高高了了光光敏敏电电阻阻的的灵灵敏敏度度。光光敏敏电电阻阻的的灵灵敏敏度度易易受受湿湿度度的的影影响响，因因此此要要将将导导光光电电导导体体严严密密封封装装在在玻璃壳体中。玻璃壳体中。 (2)光敏电阻的特性光敏电阻的特性 1)暗电阻、亮电阻与光电流暗电阻、亮电阻与光电流 光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电阻，此时流光敏电阻在未受到光照时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。过的电流称为暗电流。 在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的电流称为亮在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时的电流

35、称为亮电流。电流。 亮亮电电流流与与暗暗电电流流之之差差称称为为光光电电流流。一一般般暗暗电电阻阻越越大大, ,亮亮电阻越小电阻越小, ,光敏电阻的灵敏度越高。光敏电阻的灵敏度越高。光光敏敏电电阻阻的的暗暗电电阻阻的的阻阻值值一一般般在在兆兆欧欧数数量量级级, ,亮亮电电阻阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在10102 210106 6之间。之间。2)光敏电阻的伏安特性光敏电阻的伏安特性 在一定照度下在一定照度下, 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系：的电压的关系： 一定光照，一定光照，R一定，一定，I正比于正

36、比于U。所加的电压越高。所加的电压越高,光光电流越大电流越大,而且没有饱和现象。而且没有饱和现象。 一定电压，一定电压，I随着光照随着光照E增强而增大。增强而增大。 3)光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性 光敏电阻的光照特性用于描述光电流光敏电阻的光照特性用于描述光电流I和光照强度之间的和光照强度之间的关系，绝大多数光敏电阻光照特性曲线是非线性的，光敏电关系，绝大多数光敏电阻光照特性曲线是非线性的，光敏电阻一般用作开关式的光电转换器而不宜用作线性测量元件。阻一般用作开关式的光电转换器而不宜用作线性测量元件。 4)光敏电阻的光谱特性光敏电阻的光谱特性 对于不同波长的光，不同的光敏电阻的灵敏度是

37、不同的。对于不同波长的光，不同的光敏电阻的灵敏度是不同的。从图中可以看出从图中可以看出,硫化镉的峰值在可见光区域硫化镉的峰值在可见光区域,而硫化铅的峰而硫化铅的峰值在红外区域。值在红外区域。在在选用光敏用光敏电阻阻时应当把元件和光源的种当把元件和光源的种类结合起来考合起来考虑，才能，才能获得得满意的意的结果。果。 一、光谱一、光谱光波：波长为10106nm的电磁波可见光：波长380780nm紫外线：波长10380nm，波长300380nm称为近紫外线波长200300nm称为远紫外线波长10200nm称为极远紫外线，红外线：波长780106nm波长3m（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3

38、m的红外线称为远红外线。 5)光敏电阻的响应时间和频率特性光敏电阻的响应时间和频率特性 光敏电阻的光电流不能随着光照量的改变而立即改变，光敏电阻的光电流不能随着光照量的改变而立即改变，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常用时即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常用时间常数间常数t来描述。来描述。 时间常数为光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的时间常数为光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的63所需要的时间，因此，时间常数越小，响应越迅速。所需要的时间，因此，时间常数越小，响应越迅速。 6） 光敏电阻的温度特性光敏电阻的温度特性随随着着温温度度不不断断升升高高,光光敏敏电

39、电阻阻的的暗暗电电阻阻和和灵灵敏敏度度都都要要下下降降,同同时时温温度度变变化化也也影影响响它它的的光光谱谱特特性性曲曲线线。下下图图示示出出了了硫硫化化铅铅的的光光敏敏温温度度特特性性曲曲线线。从从图图中中可可以以看看出出,它它的的峰峰值值随随着着温温度度上上升升向向波波长长短短的的方方向向移移动动。因因此此,有有时时为为了了提提高高元元件件的的灵灵敏敏度度,或或为为了了能能够够接接受受较较长长波波段段的的红红外外辐辐射射,应采取一些致冷措施。应采取一些致冷措施。下图示出了用光敏电阻构成的简单光控开关电路。图所示下图示出了用光敏电阻构成的简单光控开关电路。图所示的光控电路为光亮时继电器吸合控

40、制：的光控电路为光亮时继电器吸合控制：图图当光线暗至一定程度时，当光线暗至一定程度时，VT1的基极电压上升至使的基极电压上升至使VT1、VT2导通，继电器导通，继电器J吸合。吸合。R1用于动作灵敏度调节。用于动作灵敏度调节。无光照无光照高阻值高阻值1截止截止VT1释放释放有光照有光照低阻值低阻值0导通导通吸合吸合继电器继电器J吸合，其触点吸合，其触点可用来控制其它电路可用来控制其它电路图则示出了光暗控制的光控电图则示出了光暗控制的光控电路。电阻路。电阻R1、R2及光敏电阻及光敏电阻R3构成分压电路，构成分压电路，应用举例：应用举例：思考题思考题 1. 什么是光电导效应？什么是光电导效应？ 2.

41、什么是光生伏特效应？什么是光生伏特效应？ 3.简述光敏电阻的主要特性。简述光敏电阻的主要特性。 2光敏二极管和光敏三极管光敏二极管和光敏三极管 1）结构和原理构和原理 光光敏敏二二极极管管是是一一种种PN结型型半半导体体元元件件，其其结构构和和基基本本使使用用电路路如如图所所示示。光光敏敏二二极极管管在在没没有有光光照照射射时，反反向向电阻阻很很大大，光光电二二极极管管处于于载止止状状态，反反向向电流流很很小小，反反向向电流流也也叫叫暗暗电流流。受受光光照照射射时时，PN结结附附近近受受光光子子轰轰击击，吸吸收收其其能能量量而而产产生生电电子子-空空穴穴对对，从从而而使使P区区和和N区区的的少

42、少数数载载流流子子浓浓度度大大大大增增加加，即即使使P型型中中的的电子子数数增增多多，也也使使N型型中中的的空空穴穴增增多多，即即产生生了了新新的的自自由由载流流子子。在在外外加加反反向向偏偏压压和和内内电电场场的的作作用用下下， P区区的的少少数数载载流流子子渡渡越越阻阻挡挡层层进进入入N区区， N区区的的少少数数载载流流子子渡渡越越阻阻挡挡层层进进入入P区区，从从而而使使通通过过PN结结的的反反向向电电流流大大为为增增加加，这这就就形形成成了了光光电电流流。如如果果入入射射光光的的照照度度变动，则电子子和和空空穴穴的的浓度度也也跟跟着着相相应地地变动，因因此此通通过外外电路路的的电流流也也

43、随随之之变化化，这样就把光信号就把光信号变成了成了电信号。信号。 光光敏敏三三极极管管有有PNP型型和和NPN型型两两种种，由由于于后后者者性性能能较较优优，因因此此实实用用较较多多。光光敏敏三三极极管管的的外外型型结结构构与与光光敏敏二二极极管管相相似似，通通常常也也只只引引出出两两个个电电极极(无无基基极极引引线线)，内内部部结构构与与普普通通三三极极管管很很相相似似，只只是是它它的的发射射极极一一边做做得得很很大大，以以扩大大光光的的照照射射面面积，光光线线由由窗窗口口对对着着集电极的集电极的PN结。结。 采采用用N型型单晶晶和和硼硼扩散散工工艺的的光光敏敏二二极极管管称称为P+n结构构

44、。采采用用P型型单晶晶和和磷磷扩散散工工艺的的称称为 n+P结构构。按按国国内内半半导体体器器件件命命名名规定定，硅硅P+n结构构为2CU型型；n+P结构构为2DU型；硅型；硅nPn结构构为3DU型。型。 光光敏敏三三极极管管是是兼兼有有光光敏敏二二极极管管特特性性的的器器件件，它它在在把把光光信信号号变为电信信号号的的同同时又又将将信信号号电流流放放大大。下下图给出出了了它它的的结构构和和基基本本使使用用电路路。光光敏敏三三极极管管的的电电路路连连接接也也与与普普通通三三极极管管相相同同，基基极极开开路路，集集电电结结反反偏偏，发发射结正偏。射结正偏。 无光照时，集电极的无光照时，集电极的P

45、N结反偏，集电极与基极间有反结反偏，集电极与基极间有反向饱和电流向饱和电流Icbo，该电流流入发射结，放大成集电极与发射，该电流流入发射结，放大成集电极与发射极之间的穿透电流，即极之间的穿透电流，即 Iceo=(l)Icbo，此即光敏三极管的暗电流。，此即光敏三极管的暗电流。 当光照集电极当光照集电极PN结附近时，在结附近时，在PN结附近产生电子空穴结附近产生电子空穴对，其在对，其在PN结内电场作用下，定向运动形成大的光电流结内电场作用下，定向运动形成大的光电流IL。该电流流入发射结放大成光敏三极管的光电流，即该电流流入发射结放大成光敏三极管的光电流，即 所以光敏三极管比光电二极管具有更高的灵

46、敏度。所以光敏三极管比光电二极管具有更高的灵敏度。 2）光敏三极管的特性）光敏三极管的特性 （1）光）光谱特性特性 光光敏敏三三极极管管的的光光谱特特性性是是光光电流流随随入入射射光光的的波波长而而变化化的的关关系系。光光敏敏三三极极管管存存在在一一个个最最佳佳灵灵敏敏度度的的峰峰值波波长。当当入入射射光光的的波波长增增加加时，相相对灵灵敏敏度度要要下下降降。因因为光光子子能能量量太太小小，不不足足以以激激发电子子空空穴穴对。当当入入射射光光的的波波长缩短短时，相相对灵灵敏敏度度也也下下降降，这是是由由于于光光子子在在半半导体体表表面面附附近近就就被被吸吸收收，并并且且在在表表面面激激发的的电

47、子子空空穴穴对不不能能到到达达PN结，因因而而使相使相对灵敏度下降。灵敏度下降。硅的峰值波长为9000，锗的峰值波长为15000。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。故在可见光或探测赤热状态物体时，一般选用硅管；但对红外线进行探测时,则采用锗管较合适。（2 2）伏安特性）伏安特性 光光敏敏三三极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图所所示示。光光敏敏三三极极管管在在不不同同的的照照度度下下的的伏伏安安特特性性，就就像像一一般般晶晶体体管管在在不不同同的的基基极极电电流流时时的的输输出出特特性性一一样样。因因此此，只只要要将将入入射射光光照照在在集集电电极极c与与基基极极b之之间间

48、的的PN结结附附近近，所所产产生生的的光光电电流流看看作作基基极极电电流流，就就可可将将光光敏敏三三极极管管看看作作一一般般的的晶晶体体管管。光光敏敏三三极极管管能能把把光光信信号号变变成成电电信信号号，而而且输出的电信号较大。且输出的电信号较大。光敏三极管的光照特性I /AL/lx20040060080010000（3 3）光照特性）光照特性 光敏三极管光敏三极管的光照特性如图所示。它给出了的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管光敏三极管的输出电流的输出电流I I 和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光照足够大关系。当光照足够大( (几几k

49、lx)klx)时，会出现饱和现象，从而使时，会出现饱和现象，从而使光光敏三极管敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。三极管在既可作线性转换元件，也可作开关元件。三极管在弱光时电流增加缓慢，不利于弱光检测。弱光时电流增加缓慢，不利于弱光检测。 暗电流/mA光电流/mA10 20 30 40 50 60 70T /C2505010002003004001020 30 4050 60 70 80T/C光敏三极管的温度特性（4 4）温度特性）温度特性 光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度

50、变化对光及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大所以电子线路中应电流的影响很小，而对暗电流的影响很大所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。（5 5）光敏三极管的频率特性）光敏三极管的频率特性 光敏三极管的频率特性是光电流与光强变化频率的关系。光敏三极管的频率特性是光电流与光强变化频率的关系。光敏二极管的频率特性是很好的，其响应时间可以达到光敏二极管的频率特性是很好的，其响应时间可以达到107108s，因此它适用于测量快速变化的光信号。光敏三极管，因此它适用于测量快速变化的光信

51、号。光敏三极管由于存在发射结电容和基区渡越时间（发射极的载流子通过由于存在发射结电容和基区渡越时间（发射极的载流子通过基区所需要的时间），所以，光敏三极管的频率响应比光敏基区所需要的时间），所以，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差，而且和光敏二极管一样，负载电阻越大，高频响二极管差，而且和光敏二极管一样，负载电阻越大，高频响应越差。应越差。 综上所述，可以把光敏二极管和三极管的主要差上所述，可以把光敏二极管和三极管的主要差别归纳为： 光光电流流 光光敏敏二二极极管管一一般般只只有有几几个个到到几几百百微微安安，而而光光敏敏三三极极管管一一般般都都在在几几毫毫安安以以上上，至至少少也也有有几几百

52、百微微安安，两两者者相相差差十十倍倍至至百百倍倍。光光敏敏二二极极管管与与光光敏敏三三极极管管的的暗暗电流流则相相差差不不大大，一一般般都都不超不超过l微安。微安。 响响应时间 光光敏敏二二极极管管的的响响应时间在在100ns以以下下，而而光光敏敏三三极极管管为510s。因因此此，当当工工作作频率率较高高时，应选用用光光敏敏二二极极管管；只只有在工作有在工作频率率较低低时，才，才选用光敏三极管。用光敏三极管。 输出特性出特性 光光敏敏二二极极管管有有很很好好的的线性性特特性性，而而光光敏敏三三极极管管的的线性性较差。差。 光光电电池池是是利利用用光光生生伏伏特特效效应应把把光光直直接接转转变变

53、成成电电能能的的器器件件，实实质质上上就就是是电电压压源源 。由由于于它它可可把把太太阳阳能能直直接接变变电电能能，因因此此又又称称为为太太阳阳能能电电池池。它它是是基基于于光光生生伏伏特特效效应应制制成成的的，是是发发电电式式有有源源元元件件。它它有有较较大大面面积积的的PN结结，当当光光照照射射在在PN结上时，在结的两端出现电动势。结上时，在结的两端出现电动势。 命命名名方方式式：把把光光电电池池的的半半导导体体材材料料的的名名称称冠冠于于光光电电池池(或或太太阳阳能能电电池池)之之前前。如如，硒硒光光电电池池、砷砷化化镓镓光光电电池池、硅硅光光电电池池等等。目目前前,应应用用最最广广、最

54、最有有发发展前途的是硅光电池。展前途的是硅光电池。l硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。硅光电池价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。l硒硒光光电电池池光光电电转转换换效效率率低低)、寿寿命命短短，适适于于接接收收可可见见光光(响响应应峰峰值值波波长长m)，最适宜制造照度计。最适宜制造照度计。l砷砷化化镓镓光光电电池池转转换换效效率率比比硅硅光光电电池池稍稍高高，光光谱谱响响应应特特性性则则与与太太阳阳光光谱谱最最吻吻合合。且且工工作作温温度度最最高高，更更耐耐受受宇宇宙宙射射线线的的辐辐射射。因因此此，它它在在宇宇宙宙飞飞船船、卫卫星星、太空探测器等电源方面的应用是

55、有发展前途的。太空探测器等电源方面的应用是有发展前途的。3.光电池光电池光电池的示意图 硅硅光光电电池池的的结结构构如如图图所所示示。它它是是在在一一块块N型型硅硅片片上上用用扩扩散散的的办办法法掺掺入入一一些些P型型杂杂质质(如如硼硼)形形成成PN结结。当当光光照照到到PN结结区区时时，如如果果光光子子能能量量足足够够大大，将将在在结结区区附附近近激激发发出出电电子子- -空空穴穴对对，在在N区区聚聚积积负负电电荷荷，P区区聚聚积积正正电电荷荷，这这样样N区区和和P区区之之间间出出现现电电位位差差。若若将将PN结结两两端端用用导导线线连连起起来来，电电路路中中有有电电流流流流过过，电电流流的

56、的方方向向由由P区区流流经经外外电电路路至至N区区。若若将将外外电电路路断断开开，就就可可测出光生电动势。测出光生电动势。1 1） 光电池的结构和工作原理光电池的结构和工作原理+光PNSiO2RL(a)光电池的结构图I光(b)光电池的工作原理示意图P N 硒光硒光电池是在池是在铝片上涂硒，再用片上涂硒，再用溅射的工射的工艺，在硒，在硒层上上形成一形成一层半透明的氧化半透明的氧化镉。在正反两面。在正反两面喷上低融合金作上低融合金作为电极，如极，如图所示。在光所示。在光线照射下，照射下，镉材料材料带负电，硒材料上，硒材料上带正正电，形成光，形成光电流或流或电动势。光电池的表示符号、基本电路及等效电

57、路如图所示。光电池的表示符号、基本电路及等效电路如图所示。IUIdUIRLI(a)(b)(c)光电池符号和基本工作电路（1 1）光照特性）光照特性 光光照照度度定定义义为为单单位位面面积积上上所所接接收收的的光光的的辐辐射射能能通通量量，单单位位勒勒克克斯斯Lx (W/m2) ，光照特性反映短路电流、开路电压与光照度的关系。，光照特性反映短路电流、开路电压与光照度的关系。 短短路路电电流流在在很很大大范范围围内内与与光光照照强强度度成成线线性性关关系系,光光电电池池工工作作于于短短路路电电流流状状态，可做检测元件。态，可做检测元件。 开开路路电电压压（负负载载电电阻阻RL无无限限大大时时）与与

58、光光照照度度的的关关系系是是非非线线性性的的, 并并且且当当照照度在度在2000 lx时就趋于饱和了。光电池工作于开路电压状态，可做开关元件。时就趋于饱和了。光电池工作于开路电压状态，可做开关元件。2） 基本特性(a)硅光电池(b)硒光电池L/klxL/klx5432100.10.20.30.40.5246810开路电压Uoc /V0.50.30.1012345Uoc/VIsc /mAIsc/mA开路电压短路电流短路电流 短路电流，是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的。短路电流，是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的。光电池在不同照度下，其内阻也不同，因而应选取适当的外接光电池在不同照度

59、下，其内阻也不同，因而应选取适当的外接负载近似地满足负载近似地满足“短路短路”条件。条件。 下图表示硒光电池在不同负载下图表示硒光电池在不同负载电阻时的光照特性。从图中可以看出，负载电阻电阻时的光照特性。从图中可以看出，负载电阻RL越小，光电越小，光电流与强度的线性关系越好，且线性范围越宽。流与强度的线性关系越好，且线性范围越宽。0246810I/mAL/klx5010010005000RL=020406080100I /%12/m(2) (2) 光谱特性光谱特性 光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度

60、，峰值波长在在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm540nm附近，附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm1100nm400nm1100nm，峰值波，峰值波长在长在850nm850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。1硒光电池2硅光电池(3) (3) 频率特性频率特性 光光电电池池作作为为测测量量、计计数数、接接收收元元件件时时常常用用调调制制光光输输入入。光光电电池池的的频频率率响响应应就就是是指指输输出出电电流流随随调调制制光光频频率率变变化化的的关关系系。由由于于光光电电池池PN结结

61、面面积积较较大大，极极间间电电容容大大，故故频频率率特特性性较较差差。图图示示为为光光电电池池的的频频率率响响应应曲曲线线。由由图图可可知知，硅硅光光电电池池具具有有较较高的频率响应，如曲线高的频率响应，如曲线2，而硒光电池则较差，如曲线，而硒光电池则较差，如曲线1。204060801000I/%1234512f /kHz1硒光电池2硅光电池（4 4）温度特性）温度特性 光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的

62、仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。持温度恒定，或采取温度补偿措施。2004060904060UOC/ mVT/CISCUOCISC /A600400200UOC开路电压ISC短路电流硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线 4.光电位置敏感器件（光电位置敏感器件（PSD） 半导体位置探测器（半导体位置探测器（Position Sensitive Detector）简称为）简称为PSD，它能连续准确地

63、给出入射，它能连续准确地给出入射光点在光敏面上的位置。光点在光敏面上的位置。 PSD分为一维分为一维PSD和二维和二维PSD，分别可确定光，分别可确定光点的一维位置坐标和二维位置坐标。点的一维位置坐标和二维位置坐标。 1）PSD的工作原理的工作原理 如如图所所示示，其其PN结是是由由重重掺杂的的P+ 型型半半导体体和和轻掺杂的的N型型半半导体体构构成成，和和一一般般的的PN结一一样，由由于于载流流子子扩散散，在在结区区建建立立一一个个与与结面面垂垂直直的的由由N指指向向P+的的自自建建内内电场。但但由由于于P+ 为重重掺杂，载流流子子密密度度大大，故故电导率率比比N区区高高。因因此此当当入入射

64、射光光照照射射A点点时，光光生生载流流电子子和和空空穴穴集集中中在在A点点附附近近的的结区区，在在自自建建场作作用用下下，空空穴穴进入入P+区区，由由于于电导率率高高而而很很快快扩散散到到整整个个P+ 区区，成成为P+ 近近位位等等电区区位位，而而在在A点点附附近近N区区的的电子子，由由于于其其电导率率低低而而不不易易扩散散，仍仍集集中中在在A点点附附近近，具具有有高高的的负电位位，因因此此形形成成一一个个平平行行于于结面面的的横横向向电场，常称常称为横向光横向光电效效应。 实用的用的PSD不是不是简单的的P+N结，而是做成，而是做成P+IN结构，具有构，具有般般PIN光光电二极管二极管类似的

65、似的优点，即由于点，即由于I区区较厚而具有更高厚而具有更高的光的光电转换效率、更高的灵敏度和响效率、更高的灵敏度和响应速度。其工作原理仍速度。其工作原理仍是基于横向光是基于横向光电效效应。如。如图所示，表面所示，表面P+层为感光面，两感光面，两边各有一信号各有一信号输出出电极，中极，中间为I层，底，底层的公共的公共电极是用来加极是用来加反偏反偏电压的。当入射光照射到光敏面上某点，由于存在平行的。当入射光照射到光敏面上某点，由于存在平行于于结面的横向面的横向电场作用，使光生作用，使光生载流子形成向两端流子形成向两端电极流极流动的的电流流I1和和I2，它，它们之和等于之和等于总电流流I0。如果。如

66、果PSD面面电阻是均阻是均匀的，且其阻匀的，且其阻值R1和和R2远大于大于负载电阻阻RL，则R1和和R2的的值仅取决于光取决于光电的位置，即的位置，即PINPIN管管 PIN管是光电二极管中的一种。它的结构特点是：在管是光电二极管中的一种。它的结构特点是：在P型型半导体和半导体和N型半导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。型半导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。由于由于I层吸收系数很小，入射光可以很容易地进入材料内部被层吸收系数很小，入射光可以很容易地进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子充分吸收而产生大量的电子空穴对，因此大幅度提高了光电空穴对，因此大幅度提高了光电转换效率。另外，

67、转换效率。另外，I层两侧的层两侧的P层、层、N层很薄，光生载流子的漂层很薄，光生载流子的漂移时间很短，大大提高了器件的响应速度。移时间很短，大大提高了器件的响应速度。 最大特点：频带宽，可达最大特点：频带宽，可达10GHz。另一个特点是，因为。另一个特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会围宽。由耗尽层宽度与外加电压的关系可知，增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变使耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变宽。宽。 若

68、将两个信号若将两个信号电极的极的输出出电流流检出后作如下出后作如下处理，即理，即LPSD中点到信号电极间的距离；中点到信号电极间的距离； x入射光点距入射光点距PSD中点距离中点距离 将将I0=I1+I2代入，得代入，得Px只和光点位置有关，而和入射光只和光点位置有关，而和入射光强强I0无关无关 2）PSD的的结构与特性构与特性 （1）一）一维 PSD的的结构构 一一维PSD的的结构构及及等等效效电路路如如图所所示示，其其中中VDj为理理想想的的二二极极管管，Cj为结电容容，Rsh为并并联电阻阻，Rp为感感光光层（P层）的的等等效效电阻阻。一一维PSD的的输出出与与入入射射光光点点位位置置之之

69、间的的关关系系如如图所所示，其中示，其中X1、X2分分别表示信号表示信号电极的极的输出信号（光出信号（光电流）。流）。 （2）二）二维 PSD的的结构构 二二维PSD用于用于测定入射光点的二定入射光点的二维坐坐标，即在一方形，即在一方形结构构PSD上有两上有两对互相垂直的互相垂直的输出出电极。由于极。由于电极的引出方法极的引出方法不同，二不同，二维 PSD可分可分为由同一面引出两由同一面引出两对电极的表面分流型极的表面分流型二二维PSD和由上下两面分和由上下两面分别引出一引出一对电极的两面分流型二极的两面分流型二维 PSD。它。它们的的结构及等效构及等效电路如路如图所示。所示。Xl、X2、Yl

70、、Y2分分别为各各电极极的的输出出信信号号光光电流流，x、y为入入射射光光点点的的位位置置坐坐标，表表面面分分流流型型PSD暗暗电流流小小，但但位位置置输出出非非线性性误差差大大；两两面面分分流流型型PSD线性性好好，但但暗暗电流流大大，且且由由于于无法引出公共无法引出公共电极而极而较难加上反偏加上反偏电压。 对于于表表面面分分流流型型和和两两面面分分流流型型PSD，其其输出出与与入入射射光光点点位置的关系如位置的关系如图所示，其关系式所示，其关系式为 （3）PSD的特性的特性 PSD与与CCD都都可可以以作作为光光点点位位置置的的探探测，但但PSD有有自自身身的的特特点点，在在许多多情情况况

71、下下，更更适适合合于于作作专用用的的位位置置探探测器器，其其突突出出的的特点有：特点有： 入射光入射光强强度和光斑大小度和光斑大小对位置探位置探测影响小。影响小。 PSD的的位位置置输出出只只与与入入射射光光点点的的“重重心心”位位置置有有关关，而而与与光光点点尺尺寸寸大大小小无无关关，这一一显著著优点点给使使用用带来来很很大大的的方方便便，但但应注注意意当当光光点点接接近近光光敏敏面面边缘时，部部分分落落在在光光敏敏面面外外，就就会会产生生误差差，光光点点越越靠靠近近边缘，误差差就就越越大大。为了了减减小小边缘效效应，应尽尽量量将将光光斑斑缩小，且最好使用敏感面中央部分。小，且最好使用敏感面

72、中央部分。 反偏反偏压对PSD的影响的影响 反反偏偏压有有利利于于提提高高感感光光灵灵敏敏度度和和动态响响应，但但会会使使暗暗电流流有有所增加。所增加。 背景光背景光强强影响影响 背背景景光光强强度度变化化会会影影响响位位置置输出出误差差。消消除除背背景景光光影影响响的的方方法有两种，即光学法和法有两种，即光学法和电学法。学法。 环境温度的影响境温度的影响 使使用用环境境温温度度上上升升时，暗暗电流流将将增增大大。实验表表明明，温温度度上上升升1，暗暗电流流增增大大倍倍。这除除采采用用温温度度补偿方方法法外外，还可可采采用用光光源源调制、制、锁相放大解相放大解调的方式的方式滤去暗去暗电流的影响

73、。流的影响。思考题思考题 1.简述简述光敏二极管的工作原理。光敏二极管的工作原理。 2.简述光电池的工作原理。简述光电池的工作原理。 5. 5. 光电耦合器光电耦合器 光电耦合器光电耦合器，简称光耦，它，简称光耦，它的发光和接收元件都封装的发光和接收元件都封装在一个外壳内在一个外壳内, , 一般有金属封装和塑料封装两种。发光元一般有金属封装和塑料封装两种。发光元件为发光二极管，受光元件为光敏三极管或光敏可控硅。件为发光二极管，受光元件为光敏三极管或光敏可控硅。它以光为媒介，它以光为媒介，通过光线实现耦合构成电通过光线实现耦合构成电光和光光和光电的电的转换器件转换器件。 原理：当电信号送入光电耦

74、合器的输入端时，发光二极管原理：当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；导通；当输入端无信号，发光二极管当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏三极管截止，不亮，光敏三极管截止，CE不通。不通。对于数位量，当输入为低电平对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电时，光敏三极管截止，输出为高电平平“1”；当输入为高电平；当输入为高电平“1”时，光时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。 光电耦合的主要特点如下：光电耦合的主要特点如下： 输入和输

75、出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于1010，耐压一般可超过耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到，有的甚至可以达到10kV以上。以上。 由于由于“光光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。 光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为的阻抗较大，通常为105106。据分压原理可知，即使干。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送

76、到光电耦合器输入端的杂讯电压会扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光。二极管发光。所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。噪音。 容易和逻辑电路配合。容易和逻辑电路配合。 响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。毫微秒极。 无触点、寿命长、体积小、耐冲击。无触点、寿命长、体积小、耐冲击。1 1） 光电耦合器的结构光电耦合器的结构绝缘玻璃发光二极管透

77、明绝缘体光敏三极管塑料发光二极管光敏三极管透明树脂采用金属外壳和玻璃绝缘的结构，在其中部对接，采用环焊以保证发光二极管和光敏三极管对准，以此来提高灵敏度。(a)金属密封型(b)塑料密封型采用双列直插式用塑料封装的结构。管心先装于管脚上，中间再用透明树脂固定，具有集光作用，故此种结构灵敏度较高。2 2） 光电耦合器的组合形式光电耦合器的组合形式 光电耦合器的组合形式有多种，如图所示。光电耦合器的组合形式有多种，如图所示。 (a)(b)(c)(d)光电耦合器的组合形式该形式结构简单、成本低，通常用该形式结构简单、成本低，通常用于于50kHz以下工作频率的装置内。以下工作频率的装置内。该形式采用高速

78、开关管构成的高速光该形式采用高速开关管构成的高速光电耦合器电耦合器,适用于较高频率的装置中。适用于较高频率的装置中。该组合形式采用了放大三极管构成的该组合形式采用了放大三极管构成的高传输效率的光电耦合器，适用于直高传输效率的光电耦合器，适用于直接驱动和较低频率的装置中。接驱动和较低频率的装置中。该形式采用功能器件构成的高速、高该形式采用功能器件构成的高速、高传输效率的光电耦合器。传输效率的光电耦合器。应用于自动控制电路中的强弱电隔离。应用于自动控制电路中的强弱电隔离。3）光电耦合器的技术参数）光电耦合器的技术参数 光电耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降光电耦合器的技术参数主要有发光二极管

79、正向压降VF、正向电流正向电流IF、电流传输比、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极阻、集电极-发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压VCEO、集电极、集电极-发射极饱和发射极饱和压降压降VCE。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。时间、延迟时间和存储时间等参数。 最重要的参数是电流放大系数传输比最重要的参数是电流放大系数传输比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流电流传输比来表示。当输出电）。通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒

80、定时，它等于直流输出电流压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流与直流输入电流IF的百的百分比，通常用百分数来表示。有公式：分比，通常用百分数来表示。有公式： CTR=IC/ IF100% 注意（1）在光电耦合器的输入部分和输出部分必须）在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源，若两端共用一个电源，分别采用独立的电源，若两端共用一个电源，则光电耦合器的隔离作用将失去意义。则光电耦合器的隔离作用将失去意义。 （2）当用光电耦合器来隔离输入输出通道时，）当用光电耦合器来隔离输入输出通道时，必须对所有的信号（包括数位量信号、控制量必须对所有的信号（包括数位量信号、控制量信号、

81、状态信号）全部隔离，使得被隔离的两信号、状态信号）全部隔离，使得被隔离的两边没有任何电气上的联系，否则这种隔离是没边没有任何电气上的联系，否则这种隔离是没有意义的。有意义的。 10.3 10.3 光电式传感器的类型及设计光电式传感器的类型及设计 反射法测量原理反射式反射式应用光路应用光路图示为反射式模拟光电图示为反射式模拟光电传感器用于检测工件表面粗传感器用于检测工件表面粗糙度或表面缺陷的原理图。糙度或表面缺陷的原理图。从光源从光源1发出的光经过被测发出的光经过被测工件工件3的表面反射的表面反射,由光电元由光电元件件5接收。当被测工件表面接收。当被测工件表面有缺陷或粗糙度精度较低时有缺陷或粗糙

82、度精度较低时,反射到光电元件上的光通量反射到光电元件上的光通量变小变小,转换成的光电流就小。转换成的光电流就小。检测时被测工件在工作台上检测时被测工件在工作台上可左右、前后移动。可左右、前后移动。 透射式透射式下下图图所所示示为为透透射射式式光光电电传传感感器器用用于于检检测测工工件件孔孔径径或或狭狭缝缝宽宽度度的的原原理理图图。此此法法适适用用于于检检测测小小直直径径通通孔孔。从从光光源源1发发出出的的光光透透过过被被测测工工件件2的的孔孔后后,由由光光电电元元件件3接接收收。被被测测孔孔径径尺尺寸寸变变化化时时,照照到到光光电电元元件件上上的的光光通通量量随随之之变变化化。转转换换成成的的

83、光光电电流流大大小小由由被被测测孔孔径径大大小小决决定定。此此方方法法也也可可用用于于外径的检测。外径的检测。透射法测量原理一、光敏电阻的应用一、光敏电阻的应用 光敏电阻是一种无结元器件，因此工作时无极性。选用光敏电阻是一种无结元器件，因此工作时无极性。选用光敏电阻器时，应首先确定应用电路中所需光敏电阻器的光光敏电阻器时，应首先确定应用电路中所需光敏电阻器的光谱特性类型。若是用于各种光电自动控制系统、电子照相机谱特性类型。若是用于各种光电自动控制系统、电子照相机和光报警器等电子产品，则应选取用可见光光敏电阻器；若和光报警器等电子产品，则应选取用可见光光敏电阻器；若是用于红外信号检测及天文、军事

84、等领域的有关自动控制系是用于红外信号检测及天文、军事等领域的有关自动控制系统、则应选用红外光光敏电阻器；若是用于紫外线探测等仪统、则应选用红外光光敏电阻器；若是用于紫外线探测等仪器中，则应选用紫外光光敏电阻器。器中，则应选用紫外光光敏电阻器。 选好光敏电阻器的光谱特性类型后，还应看所选光敏电选好光敏电阻器的光谱特性类型后，还应看所选光敏电阻的主要参数（包括亮电阻、暗电阻、最高工作电压、光电阻的主要参数（包括亮电阻、暗电阻、最高工作电压、光电流、暗电流、额定功率、灵敏度等）是否符合应用电路的要流、暗电流、额定功率、灵敏度等）是否符合应用电路的要求。求。10.4 10.4 光电式传感器的应用光电式

85、传感器的应用应用举例：下图示出了用光敏电阻构成的简单光控开关电路。应用举例：下图示出了用光敏电阻构成的简单光控开关电路。图所示的光控电路为光亮时继电器吸合控制：图所示的光控电路为光亮时继电器吸合控制：图图当光线暗至一定程度时，当光线暗至一定程度时，VT1的基极电压上升至使的基极电压上升至使VT1、VT2导通，继电器导通，继电器J吸合。吸合。R1用于动作灵敏度调节。用于动作灵敏度调节。无光照无光照高阻值高阻值1截止截止VT1释放释放有光照有光照低阻值低阻值0导通导通吸合吸合继电器继电器J吸合，其触点吸合，其触点可用来控制其它电路可用来控制其它电路图则示出了光暗控制的光控电图则示出了光暗控制的光控

86、电路。电阻路。电阻R1、R2及光敏电阻及光敏电阻R3构成分压电路，构成分压电路，图和图所示的电路的光触发电平受电源电压及环境温度的影响较大。精密光控电路如图、图所示，其工作不受电源电压及环境温度的影响。图为光亮控制：电阻R1、R2、R6及光敏电阻R5共同构成惠斯顿电桥的两个桥臂，运放IC1用做高灵敏电压比较器。常态时，调节R6使R5、R6的节点电压V1略低于R1、R2的节点电压V2，IC1则输出高电平，VT1截止，J释放；此后，若光亮稍有增加(甚至人眼都感觉不到)，则V1V2，IC1翻转输出低电平，VT1导通，J吸合。图图为光暗控制电路：由于通过R5引入了少量正反馈，因而在光线变化时电路动作就

87、会稍稍滞后，以避免光线亮度处于临界状态时继电器频繁抖动。图 应用：应用： 无触点式路灯控制电路无触点式路灯控制电路 在白天，在白天，电路中的光敏路中的光敏电阻阻Rp因受光照而呈因受光照而呈现小小电阻，阻，从而使从而使BG饱和和导通，可控硅通，可控硅SCR截止，双向可控硅截止，双向可控硅TRIAC也截止，使路灯熄也截止，使路灯熄灭。天黑以后，。天黑以后，Rp的阻的阻值变大，从而使大，从而使BG截止，可控硅截止，可控硅SCR被触被触发导通，通，进而使双向可控硅而使双向可控硅TRIAC也也导通，路灯被点亮。通，路灯被点亮。二、 光生伏特效应器件的应用1、光电晶体管的应用）光电控制电路 在无光照时，光

88、在无光照时，光电二极管截止，电阻电二极管截止，电阻R1上的压降很小，则上的压降很小，则晶体管晶体管T1截止，截止，T2截截止，继电器止，继电器J不动作，不动作，路灯保持亮。路灯保持亮。 有光照时，光电有光照时，光电二极管产生光电流，二极管产生光电流，R1电压上升，光强达电压上升，光强达到某一值时到某一值时T1导通，导通，T2导通，导通，J动作，常闭动作，常闭端打开，使路灯灭。端打开，使路灯灭。）光强测量电路 无光照时，光电无光照时，光电二极管截止，二极管截止，A点为高点为高电位，则场效应管导电位，则场效应管导通，调整通，调整RW，使电桥，使电桥平衡，即指针为平衡，即指针为0。 有光照时，光电有

89、光照时，光电二极管产生光电流，二极管产生光电流， A点电位下降点电位下降 ，R2上上电流下降，电流下降，VB减小，减小，光照不同，光电流不光照不同，光电流不同，同，VA不同不同,R2上压降上压降不同，光强可以通过不同，光强可以通过电流计读数显示出来。电流计读数显示出来。231231(a)(b)光电数字式转速表工作原理图 下图是光电数字式转速表的工作原理图。下图是光电数字式转速表的工作原理图。 图图(a)是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调是在待测转速轴上固定一带孔的转速调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏器件组置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏器件

90、组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定：电路输出整齐的脉冲信号，转速由该脉冲频率决定： 在待测转速的轴上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射率。当转轴转动时，反光与不反光交替出现，光电敏感器件间断地接收光的反射信号，转换为电脉冲信号。3）光电转速传感器 频率可用一般的频率计测量。光敏器件多采用光电二极频率可用一般的频率计测量。光敏器件多采用光电二极管、光敏三极管以提高寿命、减小体积、减小功耗和提高可管、光敏三极管以提高寿命、减小体积、减小功耗和提高可靠性。靠性。 有

91、光照时，光敏三极管有光照时，光敏三极管BG1产生光电流，产生光电流， 使使R1上压降增上压降增大大 ，导致，导致BG2导通，触发由导通，触发由BG3和和BG4组成的射极耦合触发器，组成的射极耦合触发器，使使Uo为高电位。反之，为高电位。反之， Uo为低电位。该脉冲信号可送到计数为低电位。该脉冲信号可送到计数电路计数。电路计数。 4）脉冲编码器Vi为24V电源电压，Vo为输出电压，N为光栅转盘上总的光栅辐条数，R1和R2为限流电阻器，A和B分别是发光二极管的发射端和接收端。当转轴受外部因素的影响而以某一转速当转轴受外部因素的影响而以某一转速n转转动时，光栅转盘也随着以同样的速度转动。动时，光栅转

92、盘也随着以同样的速度转动。所以在转轴转动一圈的时间内，接收端将所以在转轴转动一圈的时间内，接收端将接收到接收到N个光信号，从而在其输出端输出个光信号，从而在其输出端输出N个电脉冲信号。可见，输出个电脉冲信号。可见，输出V0的频率的频率f由转由转速速n确定：确定：f=nN2、光电池应用、光电池应用 光电池主要有两大类型的应用：光电池主要有两大类型的应用：将将光光电电池池作作光光伏伏器器件件使使用用，利利用用光光伏伏作作用用直直接接将将太太阳阳能能转转换换成成电电能能，即即太太阳阳能能电电池池。这这是是全全世世界界范范围围内内人人们们所所追追求求、探探索索新新能能源源的的一一个个重重要要研研究究课

93、课题题。太太阳阳能能电电池池已已在在宇宇宙宙开开发发、航航空空、通通信信设设施施、太太阳阳电电池池地地面面发发电电站站、日日常常生生活活和和交交通通事事业业中中得得到到广广泛泛应应用用。目目前前太太阳阳电电池池发发电电成成本本尚尚不不能能与与常常规规能能源源竞竞争争，但但是是随随着着太太阳阳电电池池技技术术不不断断发发展展，成成本本会会逐逐渐渐下下降降，太太阳阳电电池池定定将获得更广泛的应用。将获得更广泛的应用。将将光光电电池池作作光光电电转转换换器器件件应应用用，需需要要光光电电池池具具有有灵灵敏敏度度高高、响响应应时时间间短短等等特特性性，但但不不必必需需要要像像太太阳阳电电池池那那样样的

94、的光光电电转转换换效效率率。这这一一类类光光电电池池需需要要特特殊殊的的制制造造工工艺艺，主主要要用用于于光光电电检检测测和和自动控制系统中。自动控制系统中。 光电池应用举例如下：光电池应用举例如下： 1 1）太阳电池电源）太阳电池电源 太阳电池电源系统主要由太阳电池方阵、蓄电池组、调节控制器和阻塞二极管组成。如果还需要向交流负载供电，则加一个直流交流变换器，太阳电池电源系统框图如图。调节控制器逆变器交流负载太阳电池方阵直流负载太阳能电池电源系统阻塞二极管蓄电池组实现充放电自动控制：1）蓄电池组电压达到上限时，自动切断充电电路。2）蓄电池组电压低于下限时，自动切断输出电路。光照时把太阳能转化为

95、电能：1）给负载供电2）给蓄电池组充电光照时导通。无光照时反偏截止，防止给光电池供电，节约蓄电池组能源2 2）光电池在光电检测和自动控制方面的应用）光电池在光电检测和自动控制方面的应用 光光电电池池作作为为光光电电探探测测使使用用时时，其其基基本本原原理理与与光光电电二二极极管管相相同同，但但它它们们的的基基本本结结构构和和制制造造工工艺艺不不完完全全相相同同。由由于于光光电电池池工工作作时时不不需需要要外外加加电电压压，光光电电转转换换效效率率高高，光光谱谱范范围围宽宽，频频率率特特性性好好，噪噪声声低低等等，它它已已广广泛泛应应用用于于光光电电读读出出、光光电电耦耦合合、光光栅栅测测距距、

96、激激光光准准直直、电电影影还还音音、紫紫外外光光监监视视器器和和燃燃气气轮机的熄火保护装置等。轮机的熄火保护装置等。JMJ112V2A51KL39K470uf自动干手器自动干手器 手放入干手器手放入干手器时，手遮住灯泡发时，手遮住灯泡发出的光，光电池不出的光，光电池不受光照，晶体管基受光照，晶体管基极正偏而导通，继极正偏而导通，继电器吸合。风机和电器吸合。风机和电热丝通电，热风电热丝通电，热风吹出烘手。手干抽吹出烘手。手干抽出后，灯泡发出光出后，灯泡发出光直接照射到光电池直接照射到光电池上，产生光生电动上，产生光生电动势，使三极管基射势，使三极管基射极反偏而截止，继极反偏而截止，继电器释放，从

97、而切电器释放，从而切断风机和电热丝的断风机和电热丝的电源。电源。220VC1路灯CJD-108V200F200FC2C3100FR1R3R5R7R4R6R7R2J470k200k10k4.3kBG1280k25k57k10kBG2BG3BG42CR路灯自动控制器路灯自动控制器调节R1可调整BG1的截止电压，以达到调节自动开关的灵敏度。线路主回路由交流接触器CJD-10的三个常开触头并联以适应较大负荷的需要，接触器触头的通断由控制回路控制。当天黑时，光电池当天黑时，光电池2CR本身的电阻和本身的电阻和R1、R2组成分压器，使组成分压器，使T1基极电位为负，基极电位为负，BG1导通，经导通，经BG

98、2、BG3、BG4构成多构成多级直流放大，级直流放大，BG4导通使继电器导通使继电器J动作，动作，从而接通交流接触器，使常开触头闭从而接通交流接触器，使常开触头闭合，路灯亮。合，路灯亮。当天亮时，硅光电池受光照射后，当天亮时，硅光电池受光照射后，它产生电动势，使它产生电动势，使BG1在正偏压后在正偏压后而截止，后面多级放大器不工作，而截止，后面多级放大器不工作，BG1截止，继电器截止，继电器J释放使回路触头释放使回路触头断开，灯灭。断开，灯灭。三、三、PSD的应用的应用 PSD可用于可用于检测入射光点的位置，因此，能用来入射光点的位置，因此，能用来测量距离量距离（位移）、角度等参数。（位移）、

99、角度等参数。图中中b为两透两透镜中心距离中心距离 透镜透镜思考题与习题 1. 试试比比较较光光敏敏电电阻阻、光光电电池池、光光电电二二极极管管和和光光敏敏三三极极管管的的性性能能差差异异,给给出出什什么么情情况况下下应应选选用用哪哪种种器器件件最最为为合合适适的的评述。评述。 2. 试试分分别别使使用用光光敏敏电电阻阻、光光电电池池、光光电电二二极极管管和和光光敏敏三三极极管管设设计计一一种种适适合合TTL电电平平输输出出的的光光电电开开关关电电路路,并并叙叙述述其工作原理。其工作原理。本章重点1掌握各种光电效应定义2掌握光电传感器（光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管等）的工作原理、特点3熟悉光电式传感器的应用