傳感器與信號檢測技術共8章第2章光敏傳感器課件

第2章光敏傳感器

2.0基本概念2.1外光電效應及器件2.2

內光電效應及器件2.3

光生伏特效應及器件2.4紅外熱釋電傳感器2.5固態(tài)圖像傳感器CCD

2.6光纖傳感器

2.7光電耦合器件

2.0基本概念

1.光譜可見光波長0.38μm～0.78μm光速C=f.λ紫外線0.01μm～0.38μm具有熒光作用（熒光燈），生理作用（醫(yī)用紫光燈）光學玻璃透射弱石英玻璃透射強紅外線0.78μm～1000μm具有熱輻射作用（人體保?。┙t外λ<3μm,遠紅外λ>3μm（人體輻射9.4μm――遠紅外內衣）2.色譜在可見光范圍內，由于波長的不同。而對視覺產生的顏色差異。（人眼的光譜）0.38～0.435～0.49～0.58～0.60～0.65～0.78紫藍綠黃橙紅電視、電子表、光纖、激光器等產品都有應用軍事上：夜視儀，熱像儀，多光譜遙感等。

電磁波譜圖4.光的特性幾何光學研究光路，透鏡物理光學研究光的本質，光的波動，粒子說◎把光看作具有一定質量、能量、動量的粒子（又稱光子）又可看作按光速運動的粒子流。C=f.λ◎光電效應：光照射到物體上后，光子轟擊物體表面，物體吸收了光子能量，而產生電的效應?！蚬怆娦诸悾孩磐夤怆娦涸诠獾淖饔孟?，使電子溢出物體表面。如光電管、光電倍增管⑵內光電效應：在光的作用下，使物體的電阻率發(fā)生變化。如光敏電阻⑶光生伏特效應：在光的作用下，物體上產生具有一定方向的電動勢。如人造衛(wèi)星上光電池、光敏二極管、三極管。5.發(fā)光器件1）、鎢絲白熾燈光譜連續(xù)（可見光、大量紅外線及少量紫外線）對光敏器件要求不高，都可使其收到光信號（某種）工作電壓比額定電壓低10%：光通量減少30%，壽命增3倍工作電壓比額定電壓高10%：光通量增大40%，壽命降1/3倍光電實驗6V12W（連續(xù)可調）DB雙向觸發(fā)二極管32V導通可調光臺燈電路2）、氣體放電燈依靠水銀蒸汽的氣體放電產生紫外線，再利用特殊熒光粉，把紫外線轉換成可見光啟輝電壓500V工作電壓100V3）、發(fā)光二極管（LED）由半導體組成的，PN結構成，封裝于透明外殼中，所用材料不同，顏色也不同（鎵、砷等）紅、綠、蘭三基色，紅綠較見，藍色發(fā)明較晚，市面還有白色LED紅色LED開啟電壓1.7V“剛剛亮，即為開啟”綠色LED開啟電壓2.2V紅外LED開啟電壓<1.5V反向擊穿電壓<5V注：不能反接，會損壞件電阻300—10K工作電流IF=10mA（經典）最大電流IFm=40mA~25mA4）、激光器1960年激光問世，廣泛用于工業(yè)、軍事、醫(yī)學、“非電量電測”等常用激光器有固體、液體、氣體、半導體激光器2.1外光電效應及器件2.2.1外光電效應在光照射下,電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應,亦稱光電發(fā)射效應。它是在1887年由德國科學家赫茲發(fā)現(xiàn)的?；谶@種效應的光電器件有光電管、光電倍培管等。2.2.2光電管

光電管是一種具有悠久歷史的光傳感器。光電管是一個裝有光電陰極和陽極的真空玻璃管,有很多種,如圖2.2所示。圖中左邊的一種,光電陰極是在玻璃管內壁涂上陰極涂料構成的;右邊的一種,光電陰極是在玻璃管內裝入涂有陰極涂料的柱面形極板構成的。

圖2.2光電管示意圖◎原理:當入射光照在陰極上時，陰極發(fā)射出電子，陽極收集電子在整個電路中形成光電流IΦ，RL兩端就有輸出電壓。當光通量一定時,陽極電壓與陽(陰)極電流的關系,叫光電管的伏安特性曲線,如圖2.3所示。當入射光比較弱時,由于光電子較少,只用較低的陽極電壓就能收集到所有的光電子,而且輸出電流很快就可以達到飽和;當入射光比較強時,使輸出電流達到飽和,則需要較高的陽極電壓。光電管的工作點應選在光電流與陽極電壓無關的飽和區(qū)域內。由于這部分動態(tài)阻抗(dU/dI)非常大,以致可以看作恒定電流源,能通過大的負載阻抗取出輸出電壓。光電管的靈敏度較低,有一種充氣光電管,在管內充以少量的惰性氣體,如氬或氖(或充氦,也有充混合氣體的)。當光電陰極被光照射發(fā)射電子時,光電子在趨向陽極的途中撞擊惰性氣體的原子,使其電離(湯姆生放電),從而使陽極電流急速增加(電子倍增作用),提高了光電管的靈敏度。充氣光電管的電壓-電流特性不具有真空光電管的那種飽和特性,而是達到充氣離子化電壓附近時,陽極電流急速上升,如圖2.4所示。急速上升部分的特性就是氣體放大特性,放大系數(shù)為5~10。充氣光電管的優(yōu)點是靈敏度高,但其靈敏度隨電壓顯著變化的穩(wěn)定性、頻率特性等都比真空光電管差。所以在測試中一般選用真空光電管。圖2.4充氣光電管的電壓-電流特性真空光電管的時間響應特性很好,從光子變換為光電子只需10-12s的時間,因此可以忽略不計。占時間比較多的是光電子從陰極到陽極的時間Δt。在外加電壓為U,平板電極間隔為d時,Δt值的粗略估算為

2.2.3光電倍增管用光電管對微弱光進行檢測時,光電管產生的光電流很小,由于放大部分所產生的噪聲比決定光電管本身檢測能力的光電流散粒效應噪聲大得多,檢測極其困難。若要解決對微弱光的檢測,就要用光電倍增管。光電倍增管是利用二次電子釋放效應,將光電流在管內部進行放大。所謂二次電子釋放效應是指高速電子撞擊固體表面,再發(fā)射出二次電子的現(xiàn)象。圖2.5為光電倍增管示意圖。它由光電陰極、若干倍增極和陽極三部分組成。圖2.5光電倍增管示意圖倍增極的形狀和位置設計得正好能使前一級倍增極發(fā)射的電子繼續(xù)轟擊后一級倍增極。從陰極開始及在每個倍增極間依次加上加速電壓。設每級的倍增率為δ,經過N個倍增極后,光電倍增管的光電流倍增率將為δN。δ稱為二次電子發(fā)射比。δ不僅與物質的種類和表面狀態(tài)有關,而且隨著一次電子能量以及光的入射角的不同有很大的差異。表2.1列出了幾種物質的δmax值。圖2.6倍增器電極間電壓與總放大倍數(shù)的關系圖2.7給出幾種常見的光電倍增管結構。(a)是很早就得到應用的側窗聚焦型,光電面是不透明的,從光的入射側取出電子。(b)是直接定向線性聚焦型,(c)是直接定向百葉窗型,(d)是直接定向柵格型。(b)~(d)都是直接定向型,光電面是透明的。這幾種類型的電極構造各有特點。在(a)、(b)中電極的配置起到光學透鏡的作用,叫作聚焦型,由于電子飛行的時間短,時間滯后也小,所以響應速度快。(c)是百葉窗型,(d)是柵格型,電子飛行時間都比較長,但不必要細致地調整倍增器電極間的電壓分配就能獲得較大的增益。圖2.8為幾種光電倍增管的外形。

圖2.7幾種常見光電倍增管的結構倍增極的電壓是由分壓電阻鏈R1、R2、…、RN+1獲得,如圖2.9所示。由流經負載電阻RL的放大電流輸出電壓?？偟耐饧与妷和ǔＴ?00~700V范圍內。如果光電倍增管用來連續(xù)監(jiān)控很穩(wěn)定的光源,電容C1、C2等可以省去。使用中往往將電源正極接地,使陽極可以直接接到放大器的輸入端,而不使用隔離電容。這樣系統(tǒng)將能響應變化很慢的光強。如果將穩(wěn)定的光源加以調制,則可用電容器耦合。圖2.9光電倍增管倍增極的分壓電阻鏈在脈沖應用時,最好把電源負極接地,這樣有利于降低噪聲。這時輸出可通過電容和下一級放大器耦合。電容器C1、C2等常用來穩(wěn)定最后幾個倍增極在脈沖期間的電壓,這些電容器有助于穩(wěn)定增益和防止飽和,它們通過電源去耦電容C對脈沖電壓接地。光電器件工作的物理基礎是光電效應。在光線作用下,物體的電導性能改變的現(xiàn)象稱為內光電效應（光電導效應）,如光敏電阻等就屬于這類光電器件。2.3.1光敏電阻1.光敏電阻的結構原理光敏電阻的工作原理是基于光電導效應:在無光照時,光敏電阻具有很高的阻值;在有光照時,當光子的能量大于材料禁帶寬度,價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶,激發(fā)出可以導電的電子-空穴對,使電阻降低;光線愈強,激發(fā)出的電子-空穴對越多,電阻值越低;光照停止后,自由電子與空穴復合,導電性能下降,電阻恢復原值。制作光敏電阻的材料常用硫化鎘（CdS）、硒化鎘（CdSe）、硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PbSe）和銻化銦（InSb）等。2.2內光電效應及器件光敏電阻的結構如圖2.10所示。由于光電導效應只限于光照表面的薄層,一般都把半導體材料制成薄膜,并賦予適當?shù)碾娮柚?電極構造通常做成梳形,如圖2.11所示。這樣,光敏電阻電極之間的距離短,載流子通過電極的時間Tc少,而材料的載流子壽命τc又比較長,于是就有很高的內部增益G,從而可獲得很高的靈敏度。為了避免外來干擾,外殼的入射孔用能透過所需光譜光線的透明保護窗(如玻璃),有時用專門的濾光片作保護窗。光敏電阻管芯怕潮濕,為了避免受潮,光電半導體嚴密封裝在殼體中或在其表面涂防潮樹脂涂料。光敏電阻具有靈敏度高,光譜響應范圍寬,體積小,重量輕,機械強度高,耐沖擊,抗過載能力強,耗散功率大,以及壽命長等特點。圖2.10光敏電阻結構圖圖2.11光敏電阻的電極構造2.光敏電阻的基本特性和主要參數(shù)1)暗電阻和暗電流室溫條件下,光敏電阻在全暗后經過一定時間測得的電阻值,稱為暗電阻。此時在給定工作電壓下流過光敏電阻的電流稱為暗電流。光敏電阻在某一光照下的阻值,稱為該光照下的亮電阻,此時流過的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差稱為光電流。2)光照特性

光敏電阻的光電流與光強之間的關系,稱為光敏電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻,光照特性不同。但多數(shù)光敏電阻的光照特性類似于圖2.12中的曲線形狀。圖2.12光敏電阻的光照特性3)光譜特性光敏電阻對不同波長的光,光譜靈敏度不同,而且不同種類光敏電阻峰值波長也不同。光敏電阻的光譜靈敏度和峰值波長與所采用材料、摻雜濃度有關。圖2.13為硫化鎘、硫化鉛、硫化鉈光敏電阻的光譜特性曲線。由圖可見,硫化鎘光敏電阻的光譜響應峰值在可見光區(qū)域,接近人的視覺特性;而硫化鉛在紅外區(qū)域。在選用光敏電阻時,應和光源的光譜特性相匹配,以取得好的效果。

圖2.13光敏電阻的光譜靈敏度4)伏安特性在一定照度下,光敏電阻兩端所加的電壓與光電流之間的關系,稱為伏安特性。硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線如圖2.14所示。由曲線可知,在給定的偏壓下,光照度越大,光電流也越大;在一定的光照度下,電壓越大,光電流越大,且沒有飽和現(xiàn)象。但是不能無限制地提高電壓,任何光敏電阻都有最大額定功率,最高工作電壓和最大額定電流。超過最大工作電壓和最大額定電流,都可能導致光敏電阻永久性損壞。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的,而光敏電阻的耗散功率又與面積大小以及散熱條件等因素有關。圖2.14光敏電阻的伏安特性5)穩(wěn)定性初制成的光敏電阻,光電性能不穩(wěn)定,需進行人工老化處理,即人為地加溫、光照和加負載,經過一至二星期的老化,使其光電性能趨向穩(wěn)定。人工老化后,光電性能就基本上不變了。常用材料光敏電阻的典型參數(shù)如表2.3所示，以供參考。表2.3光敏電阻的典型參數(shù)3.基本電路分析計算

基本電路的分析計算,通常是從等效電路和伏安特性曲線進行分析。光敏電阻在受到的光照變化時其電阻值將作相應變化。為了引出信號常將其和負載電阻串聯(lián),從光敏電阻的兩端或負載電阻的兩端引出信號。其在電路中的作用,可借助圖2.19所示的基本電路來進行分析。一個實際的光敏電阻開關電路如圖2.20所示。圖2.19光敏電阻的基本電路圖2.20一個實際的光敏電阻開關電路在光線作用下,能使物體產生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應,即阻擋層光電效應,如光電池、光敏晶體管等就屬于這類光電器件。2.3.1光電池光電池的工作原理是基于光生伏特效應的。是一種直接將光能轉換為電能的光電器件。光電池在有光線作用下實質就是電源,電路中有了這種器件就不需要外加電源。 光電池的種類很多,有硒光電池、氧化亞銅光電池、鍺光電池、硅光電池、砷化鎵光電池等。其中硅光電池的光電轉換效率高,壽命長,價格便宜,適合紅外波長工作,是最受重視的光電池。2.3光生伏特效應器件1.光電池工作原理

硅光電池是在N型硅片中摻入P型雜質形成一個大面積的PN結,如圖2.45所示。光電池的結構類似于光電二極管,區(qū)別在于硅光電池用的襯底材料的電阻率低,約為0.1~0.01Ω·cm,而硅光電二極管襯底材料的電阻率約為1000Ω·cm。上電極為柵狀受光電極,下電極為襯底鋁電極。柵狀電極能減少電極與光敏面的接觸電阻,增加透光面積。其上還蒸鍍抗反射膜,既減少反射損失,又對光電池起保護作用。當光照射到PN結上時,如果在兩電極間串接負載電阻,則電路中便產生了電流,如圖2.46所示。

圖2.45硅光電池結構示意圖圖2.46硅光電池電原理圖2.光電池的基本特性1)光譜特性光電池的光譜特性如圖2.47所示。從圖中可知,不同材料的光電池,峰值波長不同。圖2.47光電池的光譜特性2)光照特性

硅光電池的光照特性,如圖2.48所示。由圖可見,硅光電池的短路電流與光照有較好的線性關系,而開路(負載電阻RL趨于無限大時)電壓與照度的關系是非線性的（呈對數(shù)關系）,而且在光照度2000lx時就趨向飽和了。圖2.48硅光電池的光照特性因此,光電池作為測量元件使用時,應利用短路電流與照度有較好線性關系的特點,可當作電流源使用,而不宜當作電壓源使用。所謂短路電流是指外接負載電阻遠小于光電池內阻時的電流。從實驗可知,負載越小,光電流與照度之間的線性關系越好,而且線性范圍越寬。負載在100Ω以下,線性還是比較好的,負載電阻太大,則線性變壞,如圖2.49所示。圖2.49硅光電池光照特性與負載的關系3)頻率特性光電池的頻率特性是指相對輸出電流與光的調制頻率之間的關系。所謂相對輸出電流是指高頻輸出電流與低頻最大輸出電流之比。圖2.50是光電池的頻率特性曲線。在光電池作為測量、計算、接收器件時,常用調制光作為輸入。由圖可知硅光電池具有較高的頻率響應（曲線2）,而硒光電池則較差（曲線1）。因此,在高速計數(shù)的光電轉換中一般采用硅光電池。圖2.50光電池的頻率特性曲線4)溫度特性光電池的溫度特性是指開路電壓Uoc和短路電流Isc隨溫度變化的關系。圖2.51為硅光電池在照度為1000lx下的溫度特性曲線。由圖可知,開路電壓隨溫度上升下降很快,但短路電流隨溫度的變化較慢。溫度特性影響應用光電池的儀器設備的溫度漂移,以及測量精度或控制精度等重要指標。當其用作測量器件時,最好能保持溫度恒定或采取溫度補償措施。圖2.51硅光電池的溫度特性曲線5)伏安特性所謂伏安特性,是在光照一定的情況下,光電池的電流和電壓之間的關系曲線。圖2.52畫出了按圖2.46所示電路測量的、硅光電池在受光面積為1cm2的伏安特性曲線。圖中還畫出了0.5、1、3kΩ的負載線。負載線（如0.5kΩ）與某一照度(如900lx)下的伏安特性曲線相交于一點(如A),該點(A)在I和U軸上的投影即為在該照度（900lx)和該負載（0.5kΩ）時的輸出電流和電壓。圖2.52硅光電池的伏安特性曲線6)穩(wěn)定性當光電池密封良好、電極引線可靠、應用合理時,光電池的性能是相當穩(wěn)定的,使用壽命也很長。硅光電池的性能比硒光電池更穩(wěn)定。光電池的性能和壽命除了與光電池的材料及制造工藝有關外,在很大程度上還與使用環(huán)境條件有密切關系。如在高溫和強光照射下,會使光電池的性能變壞,而且降低使用壽命,這在使用中要加以注意。表2.7給出了幾種硅光電池的性能參數(shù),以供參考。

表2.7幾種硅光電池的性能參數(shù)3.電路分析和計算1)作電流源使用光電池短路電流與照度有較好的線性關系,作為測量元件使用時,常當作電流源使用。光電池的受光面積,一般要比光電二極管和光電三極管大得多,因此它的光電流比后兩者大,受光面積越大光電流也越大,適于需要輸出大電流的場合。前面圖2.52已給出了硅光電池的輸出伏安特性曲線。由圖可見,對于0.5kΩ的負載線,照度每變化100lx時,相應的負載線上的線段基本上相等,輸出電流和電壓隨照度變化有較好的線性。而對于3kΩ的負載線,照度每變化100lx時,相應的負載線上的線段不等,輸出電流和電壓與照度的關系就會出現(xiàn)非線性。在光電檢測中,在一定的負載下工作,希望輸出電流和電壓與照度成線性關系。要確定這樣的負載線,只要將工作中最大照度(圖中為900lx)的伏安特性曲線上的轉彎點A與原點O連成直線,就是所需的負載線。在檢測中,如要求光電池性能穩(wěn)定,有好的線性關系,則負載電阻應取得小一些,電阻越小性能越好,即負載線應在OA線的左面。這時輸出的電壓雖有所減少,但光電流基本不變。反之,如果光電池的負載電阻已定,例如0.5kΩ,則線性關系成立的最大的照度(在圖中為900lx)可從伏安特性曲線確定,照度超過此值,則電流和電壓與照度成非線性關系。圖中伏安特性曲線是在受光面積為1cm2的情況下得到的。如果受光面積不是1cm2,則光電流的大小應作相應改變。另外,由于不同光源頻譜不同,當光源的種類不同(例如太陽光、白熾燈、螢光燈等)時,即使照度相同,光電池的輸出也不相同,輸出與照度成比例的范圍(或最大照度)亦有區(qū)別。圖2.53光電池接非線性負載的情況光電池有時接非線性負載,例如接至晶體管基極,如圖2.53(a)所示的情況。當硅光電池與鍺管相接時,鍺管的基極工作電壓在0.2~0.3V之間,而硅光電池的開路電壓可達0.5V左右(有負載時電壓小于0.5V),因此,可把光電池直接接至鍺管的基極使它工作。利用圖2.53(b)的圖解分析可知,當照度自100lx變至800lx時,鍺管中的基極電流IB(圖中光電池伏安曲線與鍺管輸入特性曲線AB的交點)和集電極電流IC=βIB與照度Eν幾乎成線性變化。對于硅管,其基極的工作電壓為0.6~0.7V,一個光電池不能直接控制它的工作。這時可用兩個光電池串聯(lián);也可用如圖2.54所示的電路。圖中(a)和(b)分別用可變電阻RW和二極管D產生所需的附加電壓,假設為0.3V至0.5V。這樣光電池本身只需0.2V至0.4V的光電動勢就可以控制晶體管的工作了。圖2.54(a)中采用了可變電阻RW,其優(yōu)點是光電池所需的附加電壓可任意調節(jié);(b)中采用了二極管D,其特點是對晶體管的工作點隨溫度的變化有補償作用,但二極管的正向壓降為確定的數(shù)值,不能任意調節(jié)。其工作情況,亦可用圖2.53(b)的類似方法進行圖解分析。光電計數(shù)器、光電繼電器等開關電路經常采用圖2.54所示的線路。圖2.54用可變電阻RW、二極管D產生所需的附加電壓2)作電壓源使用硅光電池的開路（負載電阻RL趨于無限大時）電壓與照度的關系是非線性的,因此,作為測量元件使用時,一般不宜當作電壓源使用。而且硅光電池的開路電壓最大也只有0.6V左右,因此如果希望得到大的電壓輸出,不如采用光電二極管和光電三極管,因為它們在外加反向電壓下工作,可得到幾伏甚至十幾伏的電壓輸出。但如果照度跳躍式變化,如從零跳變至某值,對電壓的線性關系無要求,光電池可有0.5V左右(開路電壓)的電壓變化,亦可適合于開關電路或繼電器工作狀態(tài)。若要增加光電池的輸出電壓,類似于光電二極管可加反向電壓,如圖2.55(a)所示,有時為了改善線性亦可加反向電壓。為加以說明,光電池的伏安特性曲線畫于圖2.55(b)。圖中畫出了光電池加反向電壓時的負載線A′B′和不加反向電壓時的負載線AB。在相同負載電阻RL情況下,這兩條負載線互相平行。顯然,工作于A′B′段要比工作于AB段為好,在同樣的照度變化下(自0變至3Φ),不論電壓或電流變化的大小都成線性關系。但光電池加反向電壓后的暗電流和噪聲有所增大,因而要選用反向暗電流小的光電池,并注意光電池不能因加反向電壓而擊穿。圖2.55加反向電壓的光電池(a)電路；(b)伏安特性曲線圖2-59路燈自動控制器電路

2.3.2光電二極管和光電三極管光電二極管是利用PN結單向導電性的結型光電器件,結構與一般二極管類似。PN結安裝在管的頂部,便于接受光照。外殼上面有一透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感面上。為了獲得盡可能大的光生電流,PN結的面積比一般二極管要大。為了光電轉換效率高,PN結的深度較一般二極管淺。光電二極管電路原理如圖2.33所示。光電二極管可工作在兩種工作狀態(tài)。大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。圖2.33光電二極管結構原理圖光電三極管與光電二極管相似,不過內部有兩個PN結,類似一般三極管也有PNP型和NPN型。和一般三極管不同的是它的發(fā)射極一邊尺寸很小,以擴大光照面積,如圖2.34（a）所示。它可以等效看作一個光電二極管和一只晶體三極管的結合,如圖2.34（b）所示。當基極開路時,基極集電極處于反偏,有光照時形成的光電流ICO作為基極電流被晶體管放大,其放大原理與一般晶體三極管相同,這樣ICO被放大β倍,一般放大倍數(shù)β為幾十,因此光電三極管的靈敏度比光電二極管的靈敏度高幾十倍。圖2.34光電三極管結構原理圖1.光電管的基本特性1)光譜特性

圖2.35為光電二極管的光譜特性曲線,光電三極管的光譜特性曲線與光電二極管的相似。由圖可見,當入射光的波長增加時,相對靈敏度要下降,這是因為光子的能量hν太小,不足以激發(fā)出電子-空穴對。當入射光波長太短時相對靈敏度也下降,這是因為光子在半導體表面附近激發(fā)的電子—空穴在半導體表面附近便被吸收,不能達到PN結。由圖可知,材料不同,響應的峰值波長也不同。因此,應根據(jù)光譜特性來確定光源和光電器件的最佳匹配。一般來講，鍺管的暗電流較大,因此性能較差,故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時,一般都用硅管。但對紅外光進行探測時,則鍺管較為適宜。圖2.35光電管的光譜特性曲線2)光照特性光照特性反映集電極輸出電流IC和照度EC之間的關系,如圖2.36所示。三極管的光照特性曲線線性不太好,在大電流時有飽和現(xiàn)象。光電二極管在反向偏壓的作用下,光照特性曲線有良好的線性。圖2.36光電三極管的光照特性曲線3)伏安特性圖2.37為光電管的伏安特性。由圖可見,光電管的伏安特性與一般晶體三極管類似,差別在于參變量不同:晶體三極管的參變量為基極電流,而光電管的參變量是入射的光照度。

光電三極管的光電流比相同管型的二極管大好幾十倍,而且在零偏壓時,二極管有光電流輸出(如(a)所示),而三極管沒有(如(b)所示)。圖2.37光電管的伏安特性（a）二極管；（b）三極管4)溫度特性溫度對光電管暗電流和光電流的影響,如圖2.38所示。從圖可見,溫度變化對光電流的影響很小,而對暗電流影響很大。暗電流隨溫度升高是由于熱激發(fā)造成的。在高溫低照度下工作時,由于溫度升高而產生的電流變化是一個必須考慮的誤差信號。當交流放大時,由于隔直電容的作用,暗電流被隔斷,因此消除了溫度升高及暗電流增加對輸出的影響。圖2.38溫度對光電管暗電流和光電流的影響5)頻率響應(特性)和時間常數(shù)光電管的頻率響應是指,一定頻率的調制光照射時,光電管輸出的光電流(或負載上的電壓)隨頻率的變化關系。光電管的頻率響應與其物理結構、工作狀態(tài)、負載以及入射光波長等因素有關。圖2.39為硅光電三極管的頻率響應曲線。圖2.39硅光電三極管的頻率響應曲線光電管的時間常數(shù)一般在10-10~10-4s之間,硅管時間常數(shù)較小,響應頻率高。有些特殊用途的光電管,如硅PIN光電二極管其響應頻率高達幾百兆赫茲,暗電流小到1nA。表2.4給出了幾種硅光電二極管的特性參數(shù),表2.5給出了幾種硅PIN光電二極管的特性參數(shù),表2.6給出了幾種硅（鍺）光電三極管的特性參數(shù),以供參考。表2.4幾種硅光電二極管的特性參數(shù)表2.5幾種硅PIN光電二極管的特性參數(shù)表2.6幾種硅（鍺）光電三極管的特性參數(shù)圖2-55光電控制電路+V圖2-56光電控制電路

2.3.3PIN型硅光電二極管

PIN型硅光電二極管是一種高速光電二極管。設計思想是,為了得到高速響應,需要減小二極管的PN結的電容。為此,PIN光電二極管是在大量摻入雜質的P型和N型硅片層之間插入高阻抗的本征半導體材料層(I層),如圖3.56所示。插入高阻抗的本征半導體材料層(I層)可提高二極管的響應速度和靈敏度。各層結合面的電容很小,對受光面積加以限制則能把電容進一步減小,各層結合面的電容是通常的PN結的1/100~1/1000。圖3.56PIN型硅光電二極管結構示意圖

2.3.4雪崩式光電二極管(APD)

雪崩式光電二極管具有高速響應和放大功能。其結構如圖3.57所示,是在PN結的P層一側再設置一層摻雜濃度極高的P+(重摻雜)層而構成,是在PN結光電二極管上施加較大的反偏壓,利用PN結處產生的雪崩效應而制成的電子倍增管。使用時,在元件兩端加上近于擊穿的反偏壓。外來的光線通過薄的P+層,然后被P層吸收,產生載流子。由于P層存在著105V/cm的電場,電荷載流子能從電場獲取足夠的能量,將位于價帶上的電子沖擊離子化,就不斷地產生(雪崩效應),使光電流在管內部得到倍增。圖3.57雪崩式光電二極管有倍增時的光電流Is與無倍增時的光電流Is0之比稱為光電倍增因子M。有經驗公式式中,UＢ為擊穿電壓,U為外加電壓,α為與材料、摻雜情況及入射波長有關的系數(shù)。對于硅α=1.5~4;鍺α=2.5~3。光電倍增因子M可從數(shù)十到數(shù)百。采用硅和鍺材料的雪崩式光電二極管的響應波長范圍分別為0.4～1μm和0.5～1.5μm。這種元件的優(yōu)點是它提供的高電流增益能極大地提高靈敏度,能有效地讀取微弱光線,常用作0.8μm范圍的光纖通信的受光裝置和光磁盤的受光元件。其不足之處是,線性較差,工作時要求很高的電壓建立必要的極電場,而且其增益對偏置電壓和溫度十分敏感,因此要求非常穩(wěn)定的工作環(huán)境。

2.3.5半導體色敏傳感器

半導體色敏傳感器可用來直接測量從可見光到紅外波段內單色輻射的波長。半導體色敏傳感器的結構如圖3.58(a)所示。它有兩個深淺不同的PN結,形成反向連接的兩個光電二極管PD1和PD2,故又稱為雙結光電二極管。當外部光照射到色敏器件上時,P1層吸收光子產生電子—空穴對,電子擴散到P1N結,形成電流I1。在N層中吸收透過P1層的長波光,產生電子—空穴對,其中一半向P1層一側擴散,另一半向P2層一側擴散,分別形成電流I2和I3。到達P2層的紅外光區(qū)域的光在這里被吸收,產生電子,擴散到P2N結,形成電流I4。光電二極管PD1和PD2的短路電流Isc1和Isc2為圖3.58半導體色敏傳感器的結構和等效電路(a)結構;(b)等效電路光電二極管的光譜特性與PN結的結深有關,在靠近表面的PN結的PD1對短波長的光比較靈敏,而遠離表面的PN結的PD2對長波長比較靈敏。上面的一個PN結距離上表面約0.5μm,對580nm波長具有峰值靈敏度,距上表面深度為10μm的另一PN結,對900nm波長具有峰值靈敏度。圖3.59示出了兩個光電二極管的光譜靈敏度特性曲線。為了測定入射光的波長,僅有這兩個光電二極管的光譜靈敏度特性曲線還不夠。為此,將這兩個光電二極管等效電路串聯(lián)連接,先取出PD1的短路電流Isc1及PD2的短路電流Isc2,然后測出它們的電流比Isc2/Isc1,如圖3.58(b)所示。該短路電流比與波長有一一對應的關系,如圖3.60所示。因此,如果測出短路電流比,就可以求出對應的入射光的波長,即可分辨出不同的顏色。實際應用的比較電路如圖3.61所示。c1和Ic2分別由各自的運算放大器放大,同時也進行對數(shù)壓縮。將信號引入下一級的比較電路,就可得到Isc2/Isc1之比值。這樣得出的輸出電壓U0,也是與波長一一對應的,如圖3.62所示?？蓹z測出從400~1000nm以上范圍內的波長。圖3.59光電二極管的光譜靈敏度特性圖3.60短路電流比與波長的關系圖3.61具體的比較電路圖3.62輸出電壓與波長的關系

2.3.6光電閘流晶體管

光電閘流晶體管是由入射光觸發(fā)而導通的可控硅,簡稱光控晶閘管,通常又稱光激可控硅。其結構如圖3.63(a)所示。在硅片上作成NPNP四個薄層,陽極置于基片上,最上面的N區(qū)為陰極,緊接著陰極的P層為控制極,在表面上作一層SiO2保護膜,再密封在有透光窗口的管殼中,最后接出引線。其工作原理電路及常用符號如圖3.63(b)所示。當P1接電源正極,N2接電源負極時,J1結和J3結處于正向,J2結處于反向。其等效電路類似于可控硅,四層結構可以看成P1N1P2和N2P2N1兩個晶體管在內部連接在一起而構成,且每個晶體管的基極均與另一個晶體管的集電極相連。等效電路中的二極管D用來表示J2的PN結的反向漏電流。設兩個三極管V1和V2的共基極(短路)電流放大系數(shù)(小于1)為α1、α2,則有如下的關系:圖3.63光電閘流晶體管結構以及原理電路和常用符號(a)結構；(b)原理電路則光控晶閘管的導通電流IA為因

IP的大小取決于光照射,IG可為零。當滿足α1+α2=1,在光照射時IP增加,IA將急劇增大,晶閘管進入導通狀態(tài)。

2.3.7達林頓光電三極管達林頓光電三極管是光電三極管與普通三極管內部采用達林頓接線方式集成在一起的組件,如圖3.68所示。達林頓管為兩個NPN三極管組成的復合電路,輸入晶體管是光電三極管,輸出是普通的NPN晶體管。達林頓管的增益很大,其電流放大系數(shù)近似為兩個管子分離時電流放大系數(shù)的乘積。能更可靠地使輸出為開關狀態(tài),也更容易驅動負載。例如,所獲終端集電極電流可以驅動繼電器等。達林頓管所需的入射光非常小,當輸入為0.1mW/cm2時,可獲得2mA的集電極電流。其缺點是響應速度低,當負載電阻為幾千歐時,響應時間為毫秒量級。圖3.682.4紅外熱釋電光敏器件2.4.1熱釋電效應及器件熱釋電傳感器利用熱釋電效應來檢測受光面的溫度升高值,得知光的輻射強度,工作在紅外波段內。這種傳感器在常溫下工作穩(wěn)定可靠,使用簡單,時間響應能到微秒數(shù)量級,已得到普遍使用。其原理圖如圖3.64所示。在垂直極化軸的方向上把具有熱釋電效應的晶體切成薄片,再研磨成厚度為5~50μm的極薄片,在兩面蒸鍍上電極,類似于電容器的構造。晶體本身能很好地吸收從紅外波段到毫米波段的電磁波,必要時也用黑化以后的晶體或在透明電極表面涂上黑色膜。圖3.65為一個熱釋電傳感器的結構示意圖。圖3.66表示熱釋電材料的自發(fā)極化P和溫度T的關系。傳感器工作在曲線ΔP大（熱釋電系數(shù)q=dP/dT大）的部分。為得到好的時間響應,希望熱釋電材料的介電常數(shù)ε和tanδ要小,比熱CP和密度ρ越小越好。圖3.64熱釋電傳感器原理圖圖3.65熱釋電傳感器結構示意圖圖3.66溫度和自發(fā)極化的關系圖3.67熱釋電傳感器的等效電路

當熱釋電材料由于熱釋電傳感器受到頻率為f的調制光照射時,自發(fā)極化P也以頻率f作周期性變化。如果f>1/τ（τ為中和平均時間）,就會輸出頻率為f的電信號。熱釋電傳感器可以看作電流源,等效電路如圖3.67所示。圖中電流其中,A為電極面積;Rd,Cd為絕緣電阻和電容;RL和CL為外接負載。傳感器輸出電壓為式中,Z為Rd,Cd,RL,CL的并聯(lián)阻抗。熱釋電傳感器絕緣電阻高達幾十到幾百兆歐,容易引入外部噪聲,在實際使用中,要求有輸入阻抗高、噪聲小的前置放大器。通常把前放的場效應晶體管和輸入電阻裝入管殼內。場效應管起到阻抗變換,同時起到抗干擾的作用。2.5CCD圖像傳感器 電荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,簡稱CCD)是貝爾實驗室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年發(fā)明的,由于它有光電轉換、信息存儲、延時和將電信號按順序傳送等功能,且集成度高、功耗低,因此隨后得到飛速發(fā)展,是圖像采集及數(shù)字化處理必不可少的關鍵器件,廣泛應用于科學、教育、醫(yī)學、商業(yè)、工業(yè)、軍事和消費領域。CCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOS（金屬—氧化物—半導體）電容器組成的陣列,其構造如圖3.71所示。在P型或N型硅襯底上生長一層很?。s1200）的二氧化硅,再在二氧化硅薄層上依次序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極）,形成規(guī)則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構成了CCD芯片。圖3.71CCD芯片的構造圖3.71中所示為64位CCD結構。每個光敏元（像素）對應有三個相鄰的轉移柵電極1、2、3,所有電極彼此間離得足夠近,以保證使硅表面的耗盡區(qū)和電荷的勢阱耦合及電荷轉移。所有的1電極相連并施加時鐘脈沖φ1,所有的2、3也是如此,并施加時鐘脈沖φ2、φ3。這三個時鐘脈沖在時序上相互交迭,如圖3.72所示。圖3.72三個時鐘脈沖的時序MOS電容器和一般電容器不同的是,其下極板不是一般導體而是半導體。假定所用半導體是P型硅,其中多數(shù)載流子是空穴,少數(shù)載流子是電子。若在柵極上加正電壓,襯底接地,則帶正電的空穴被排斥離開Si-SiO2界面,帶負電的電子被吸引到緊靠Si-SiO2界面。當電壓高到一定值,形成對電子而言的所謂勢阱,電子一旦進入就不能復出。電壓愈高,產生的勢阱愈深?？梢奙OS電容器具有存儲電荷的功能。如果襯底是N型硅,則在電極上加負電壓,可達到同樣目的。光照射到光敏元上,會產生電子-空穴對（光生電荷）,電子被吸引存儲在勢阱中。入射光強則光生電荷多,弱則光生電荷少,無光照的光敏元則無光生電荷。這樣就在轉移柵實行轉移前,把光的強弱變成與其成比例的電荷的數(shù)量,實現(xiàn)了光電轉換。若停止光照,電荷在一定時間內也不會損失,可實現(xiàn)對光照的記憶。轉移柵實行轉移的工作原理是,t1時刻φ1是高電平,于是在電極1下形成勢阱,并將少數(shù)載流子(電子)吸引至聚集在Si-SiO2界面處,而電極2、3卻因為加的是低電平,形象地稱為壘起阱壁。圖3.71所示的情況是,第62、64位光敏元受光,而第1、2、63位等單元未受光照。t2時刻,φ1的高電平有所下降,φ2變?yōu)楦唠娖?而φ3仍是低電平。這樣在電極2下面勢阱最深,且和電極1下面勢阱交迭,因此儲存在電極1下面勢阱中的電荷逐漸擴散漂移到電極2下的勢阱區(qū)。由于電極3上的高電平無變化,所以仍高筑勢壘,勢阱里的電荷不能往電極3下擴散和漂移。t3時刻,φ1變?yōu)榈碗娖?φ2為高電平,這樣電極1下面的勢阱完全被撤除而成為阱壁,電荷轉移到電極2下的勢阱內。由于電極3下仍是阱壁,所以不能繼續(xù)前進,這樣便完成了電荷由電極1下轉移到電極2下的一次轉移,如圖3.73所示。圖3.73完成一次轉移的過程CCD也可在輸入端用電形式輸入被轉移的電荷,或用以補償器件在轉移過程中的電荷損失,從而提高轉移效率。電荷輸入的多少,可用改變二極管偏置電壓,即改變Gi來控制。CCD輸出經由輸出二極管。輸出二極管加反向偏壓的大小由輸出柵控制電壓G0來控制。目前商品CCD器件,一維的有512,1024,2048位等,二維的有256×320,512×340像素等。2.5.2光導攝像管光導攝像管出現(xiàn)于20世紀60年代,以后性能得到很大改善,廣泛應用于電視攝像等方面。作為攝像裝置,必須有三個功能:把圖像的像素圖轉換為相應電荷圖的功能，把電荷圖暫存器起來的功能和把各個像素依次讀出的功能。光導攝像管就具備這三個功能。光導攝像管的結構如圖3.70(a)所示。在真空管的前屏幕上設置有光電導膜和透明導電膜的陣列小單元。由電子槍射出的電子經電子透鏡聚焦成電子束射向光電導膜。通過電子束掃描,讀取儲存在光導電子靶面上的由于入射光的激勵所產生的電子圖像。圖3.70光導攝像管的結構和等效電路圖3.70(b)示出了原理性的等效電路。R與C并聯(lián)電路代表光電導膜的像素小單元,并假定為射束的撞擊面積。工作時,用電子束逐點掃描像素小單元,把各小單元均充至電源電壓V,然后中斷。在光的照射下,由于光電導效應,R會變小,C則會放電,電壓降低。電壓降低的多少與光強成比例,實現(xiàn)把圖像的像素圖轉換為相應的電荷圖,并把電荷圖暫存起來。當用電子束再次逐點掃描時,如圖3.70(b)所示形成閉合電路,(電子束)所放出的電荷量使C充電。充電電流大小與小單元電壓降低的程度成正比。充電電流流過負載電阻RL,從而輸出與強弱程度不同的光成正比的電壓信號。根據(jù)這樣的工作原理來掃描二維的光電膜表面,就可獲得二維圖像信號,完成各個像素信號的依次讀出。電子束的偏轉有電磁方式和靜電方式兩種。為使電子加速必須外加300~600V的電壓。2.6光纖傳感器

一、概述光纖傳感器是20世紀70年代中期發(fā)展起來的一門新技術,它是伴隨著光纖及光通信技術的發(fā)展而逐步形成的。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一系列優(yōu)點，如不受電磁干擾,體積小,重量輕,可撓曲,靈敏度高,耐腐蝕,電絕緣、防爆性好,易與微機連接,便于遙測等。它能用于溫度、壓力、應變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和PH值等各種物理量的測量,具有極為廣泛的應用前景。光纖傳感器可以分為兩大類:一類是功能型（傳感型）傳感器;另一類是非功能型（傳光型）傳感器。功能型傳感器是利用光纖本身的特性把光纖作為敏感元件,被測量對光纖內傳輸?shù)墓膺M行調制,使傳輸?shù)墓獾膹姸取⑾辔?、頻率或偏振態(tài)等特性發(fā)生變化,再通過對被調制過的信號進行解調,從而得出被測信號。非功能型傳感器是利用其它敏感元件感受被測量的變化,光纖僅作為信息的傳輸介質。光纖傳感器所用光纖有單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑通常為2~12μm,很細的纖芯半徑接近于光源波長的長度,僅能維持一種模式傳播,一般相位調制型和偏振調制型的光纖傳感器采用單模光纖;光強度調制型或傳光型光纖傳感器多采用多模光纖。

為了滿足特殊要求,出現(xiàn)了保偏光纖、低雙折射光纖、高雙折射光纖等。所以采用新材料研制特殊結構的專用光纖是光纖傳感技術發(fā)展的方向。

二、光纖的結構和傳輸原理

1．光纖的結構光導纖維簡稱為光纖,目前基本上還是采用石英玻璃,其結構示于圖2-27。中心的圓柱體叫纖芯,圍繞著纖芯的圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成。纖芯的折射率n1略大于包層的折射率n2,在包層外面還常有一層保護套,多為尼龍材料。光纖的導光能力取決于纖芯和包層的性質,而光纖的機械強度由保護套維持。

2．光纖的傳輸原理眾所周知,光在空間是直線傳播的。在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠的距離,光纖的傳輸是基于光的全內反射。當光纖的直徑比光的波長大很多時,可以用幾何光學的方法來說明光在光纖內的傳播。設有一段圓柱形光纖,如圖2-28所示,它的兩個端面均為光滑的平面。當光線射入一個端面并與圓柱的軸線成θ角時,根據(jù)斯涅耳光的折射定律,在光纖內折射成θ′,然后以φ角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射,則纖芯與界面的光線入射角φ應大于臨界角φc,即φ≥φc=arcsin(2-２)并在光纖內部以同樣的角度反復逐次反射,直至傳播到另一端面。為滿足光在光纖內的全內反射,光入射到光纖端面的臨界入射角θc應滿足下式:所以實際工作時需要光纖彎曲,但只要滿足全反射條件,光線仍繼續(xù)前進?？梢娺@里的光線“轉彎”實際上是由光的全反射所形成的。一般光纖所處環(huán)境為空氣,則n0=1。這樣在界面上產生全反射,在光纖端面上的光線入射角為θ≤θc=arcsin說明光纖集光本領的術語叫數(shù)值孔徑NA,即NA=sinθc=（2-5）數(shù)值孔徑反映纖芯接收光量的多少。其意義是:無論光源發(fā)射功率有多大,只有入射光處于2θc的光錐內,光纖才能導光。如入射角過大,如圖2-28中角θr,經折射后不能滿足式（2-2）的要求,光線便從包層逸出而產生漏光。所以NA是光纖的一個重要參數(shù)。一般希望有大的數(shù)值孔徑,這有利于耦合效率的提高,但數(shù)值孔徑過大,會造成光信號畸變,所以要適當選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值。

三、光纖傳感器光纖傳感器由于它的獨特的性能而受到廣泛的重視,它的應用正在迅速地發(fā)展。下面我們介紹幾種主要的光纖傳感器。

１．光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器的組成結構如圖2-29所示。它是一種簡諧振子的結構形式。激光束通過分光板后分為兩束光,透射光作為參考光束,反射光作為測量光束。當傳感器感受加速度時,由于質量塊M對光纖的作用,從而使光纖被拉伸,引起光程差的改變。相位改變的激光束由單模光纖射出后與參考光束會合產生干涉效應。激光干涉儀的干涉條紋的移動可由光電接收裝置轉換為電信號,經過處理電路處理后便可正確地測出加速度值。

２．光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓力傳感器而廣泛使用的光纖傳感器。根據(jù)工作原理可分為相位調制型、光強調制型和偏振光型等。這里僅介紹一種光強調制型的半導體光吸收型光纖溫度傳感器,圖2-30為這種傳感器的結構原理圖,它的敏感元件是一個半導體光吸收器,光纖用來傳輸信號。傳感器是由半導體光吸收器、光纖、發(fā)射光源和包括光控制器在內的信號處理系統(tǒng)等組成。它體積小、靈敏度高、工作可靠,廣泛應用于高壓電力裝置中的溫度測量等特殊場合。這種傳感器的基本原理是利用了多數(shù)半導體的能帶隨溫度的升高而減小的特性,如圖2-31所示,材料的吸收光波長將隨溫度增加而向長波方向移動,如果適當?shù)剡x定一種波長在該材料工作范圍內的光源,那么就可以使透射過半導體材料的光強隨溫度而變化,從而達到測量溫度的目的。這種光纖溫度傳感器結構簡單、制造容易、成本低、便于推廣應用,可在-10~300℃的溫度范圍內進行測量,響應時間約為2s。

３．光纖旋渦流量傳感器光纖旋渦流量傳感器是將一根多模光纖垂直地裝入流管,當液體或氣體流經與其垂直的光纖時,光纖受到流體渦流的作用而振動,振動的頻率與流速有關系,測出頻率便可知流速。這種流量傳感器結構示意圖如圖2-32所示。當流體流動受到一個垂直于流動方向的非流線體阻礙時,根據(jù)流體力學原理,在某些條件下,在非流線體的下游兩側產生有規(guī)則的旋渦,其旋渦的頻率f近似與流體的流速成正比，即f≈(2-6)式中:v——流速;d——流體中物體的橫向尺寸大小;S——斯特羅哈（Strouhal）數(shù),它是一個無量綱的常數(shù),僅與雷諾數(shù)有關。式（2-6）是旋渦流體流量計測量流量的基本理論依據(jù)。由此可見,流體流速與渦流頻率呈線性關系。在多模光纖中,光以多種模式進行傳輸,在光纖的輸出端,各模式的光就形成了干涉花樣,這就是光斑。一根沒有外界擾動的光纖所產生的干涉圖樣是穩(wěn)定的,當光纖受到外界擾動時,干涉圖樣的明暗相間的斑紋或斑點發(fā)生移動。如果外界擾動是由流體的渦流引起的,那么干涉圖樣的斑紋或斑點就會隨著振動的周期變化來回移動,這時測出斑紋或斑點移動,即可獲得對應于振動頻率f的信號,根據(jù)式（2-6）推算流體的流速。這種流量傳感器可測量液體和氣體的流量,因為傳感器沒有活動部件,測量可靠,而且對流體流動不產生阻礙作用,所以壓力損耗非常小。這些特點是孔板、渦輪等許多傳統(tǒng)流量計所無法比擬的。光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用,以光作為媒介傳遞信號的光電器件。光電耦合器中的發(fā)光元件通常是半導體的發(fā)光二極管,光電接收元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管或光可控硅等。根據(jù)其結構和用途不同，又可分為用于實現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測有無物體的光電開關。

1．光電耦合器光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個外殼內,一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。耦合器常見的組合形式如圖2-15所示。2.7光電耦合器件圖(a)所示的組合形式結