KC04030404-m06光電式傳感器的分類

1、教 案任務(wù)四 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)教師姓名授課形式授課時(shí)數(shù)授課日期授課班級(jí)班 月 日 第 周（周 ）第 節(jié)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)：光電式傳感器的分類【知識(shí)目標(biāo)】 1. 了解光電式傳感器的類型。 2. 掌握各種光電器件的原理及結(jié)構(gòu)。 【能力目標(biāo)】 1能夠根據(jù)需要選擇合理傳感器。 2具備問(wèn)題分析與數(shù)據(jù)處理的能力。【素質(zhì)目標(biāo)】 1具備與工作伙伴的溝通交流能力，具備團(tuán)隊(duì)工作、協(xié)調(diào)能力。 2具備善于觀察、學(xué)習(xí)和思考、系統(tǒng)分析解決問(wèn)題的能力。成員間的溝通、協(xié)調(diào)能力。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】1.掌握光電傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。【教學(xué)難點(diǎn)】1.掌握光電傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 使用教具 傳感器檢測(cè)實(shí)訓(xùn)室、電腦、

2、投影儀等。課外作業(yè)備 注授課主要內(nèi)容或板書(shū)設(shè)計(jì)一、光電式傳感器的分類根據(jù)光電效應(yīng)的發(fā)生原理，光電式傳感器可以分為外光電效應(yīng)性光電傳感器、內(nèi)光電效應(yīng)光電傳感器以及光生伏特效應(yīng)光電傳感器。二、外光電效應(yīng)光電傳感器在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。光電管光電管有真空光電管和充氣光電管或稱電子光電管和離子光電管兩類。兩者結(jié)構(gòu)相似，如圖。它們由一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成，并且密封在一只真空玻璃管內(nèi)。陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。陽(yáng)極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。光電倍增管當(dāng)入射光很微弱時(shí)，普通光電管產(chǎn)生的光電流很小，只有零點(diǎn)幾A，很

3、不容易探測(cè)。這時(shí)常用光電倍增管對(duì)電流進(jìn)行放大。光電管由光陰極、次陰極(倍增電極)以及陽(yáng)極三部分組成。光陰極是由半導(dǎo)體光電材料銻銫做成；次陰極是在鎳或銅-鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料而形成的，次陰極多的可達(dá)30級(jí)；陽(yáng)極是最后用來(lái)收集電子的，收集到的電子數(shù)是陰極發(fā)射電子數(shù)的105106倍。即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。因此在很微弱的光照時(shí)，它就能產(chǎn)生很大的光電流。三、內(nèi)光電效應(yīng)光電傳感器利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電器件稱內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻光電池和光敏晶體管等。 1、光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元

4、件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。 光敏電阻的管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案。它是在一定的掩模下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。這種硫狀電極，由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積，所以提高了光敏電阻的靈敏度。光敏

5、電阻的靈敏度易受濕度的影響，因此要將導(dǎo)光電導(dǎo)體嚴(yán)密封裝在玻璃殼體中。如果把光敏電阻連接到外電路中，在外加電壓的作用下，用光照射就能改變電路中電流的大小，其連線電路如圖所示。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應(yīng)可從紫外區(qū)到紅外區(qū)范圍內(nèi)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜，因此應(yīng)用比較廣泛。 2、光敏二極管和光敏三極管光電二極管和光電池一樣，其基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)。它和光電池相比，重要的不同點(diǎn)是結(jié)面積小，因此它的頻率特性特別好。光生電勢(shì)與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾A到幾十A。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)

6、結(jié)之分。其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為2CU和2DU兩種系列。2CU系列以N-Si為襯底，2DU系列以P-Si為襯底。2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而2DU系列光電二極管有三條引線。 1）光敏二極管鍺光敏二極管有A，B，C，D四類；硅光敏二極管有2CU1AD系列、2DU14系列。光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)。光敏二極管在沒(méi)有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小。反向電流也叫做暗電流當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似

7、。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流；受光照射時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下， P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入N區(qū)， N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入P區(qū)，從而使通過(guò)PN結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。 2）光敏三極管光敏三極管有PNP型和NPN型兩種。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一邊

8、做的很大,以擴(kuò)大光的照射面積,且其基極不接引線。當(dāng)集電極加上正電壓,基極開(kāi)路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì),在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,光生電子被拉到集電極,基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣便有大量的電子流向集電極,形成輸出電流,且集電極電流為光電流的倍。 四、光生伏特效應(yīng)光電式傳感器光生伏特效應(yīng)的典型器件是光電池。光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能，因此又稱為太陽(yáng)能電池。它是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。命名方式：把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池(或太陽(yáng)能電池)之前。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。目前,應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的是硅光電池。硅光電池價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換效率高，壽命長(zhǎng)，適于接受紅外光。硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低)、壽命短，適于接收可見(jiàn)光(響應(yīng)峰值波長(zhǎng)m)，最適宜制造照度計(jì)。砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽(yáng)光譜最吻合。且工作溫度最高，更耐受宇宙射線的輻射。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。另