传感器原理及应用复习———光电传感器(精简考试版)
目录
1.什么是光电传感器
被测量的变化——>光信号的变化——>电信号的变化
2.光电效应,外光电效应,内光电效应
1.光电效应
2.外光电效应
3.内光电效应
3.典型器件的原理及特性
1.光电管
伏安特性:
光照特性:
光照特性的曲线斜率代表灵敏度
2.光电倍增管:
3.光敏电阻
1.重要参数:
1.伏安特性:
2.光照特性:
3.频率特性:
4.温度特性:
5.稳定性:
4.光电池
5.光敏晶体管
1.伏安特性
2.光照特性
4.CCD传感器
1.感光单元
2.移相存储
3.移位输出
1.什么是光电传感器
被测量的变化——>光信号的变化——>电信号的变化
2.光电效应,外光电效应,内光电效应
1.光电效应
光电效应是指物体吸收了能量为E的光能后产生的电效应。
2.外光电效应
外光电效应是指物体在光照的作用下,电子由物体内部逸出物体表面,向外发射的过程。
本质为爱因斯坦的光电效应方程。
两个重要点理解:红限频率,波长限。
基于外光电效应的典型器件:光电管,光电倍增管。
3.内光电效应
内广电效应分为:光电导效应以及光生伏特效应。
何为光电导效应?
其实通过名字我们不难联想与电导率有关,但的确也正是这样。
光电导效应:在光线的作用下,电子吸收能量从键合状态过渡到自由状态,从而引起材料电导率的变化。(通俗点来说就是是可以移动的电子增多了)
同样在这个过程中我们也把握两个重要的部分:禁带宽度,可逆。
可逆是什么?其实就是光照消失后,游离电子重新恢复到键和状态。
典型器件:光敏电阻,光敏电阻感受光照强度增强时,电阻减小。
光敏电阻具有很高的灵敏度和很好的光敏特性,很长的使用寿命,高度的稳定性能。
光生伏特效应:在光照的作用使物体在特定方向上产生电动势。
(这个地方更深层次的理解:当光照射PN结时,如果光子能量大于禁带宽度所需能量,会使得价带中的电子跃迁到导带,从而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下,电子向N区移动,空穴向P区移动,最后使得P区带正电,N区带负电,形成光生电动势。)
什么是阻挡层内电场?
就是指PN结形成的内部电场,N区为正,P区为负。
典型器件:光敏二极管,光敏三极管,光电池。
3.典型器件的原理及特性
在典型器件这一部分,原理在上边已经有所陈述,大家对照一下,结合课本,就能够弄懂。这里我们主要陈述的是典型器件的特性。
对于器件特性这一方面,因为我们是期末考试部分,所以我们不在过多赘述为什么是这样,直接给出对应的结论。同时特性有很多方面,我们这里只选取最重要的几个进行陈述:伏安特性,光照特性,光谱特性,温度特性。
1.光电管
伏安特性:
真空光电管:电压增,电流增,之后趋近于饱和
充气光电管:电压增,电流增,增加速度逐渐加快
(强光电流大于弱光电流)
光照特性:
光照特性的曲线斜率代表灵敏度
氧铯阴极:线性。
2.光电倍增管:
除了和光电管一样拥有阴极,阳极之外,还多了一个倍增级,倍增级之间存在加速电场。
3.光敏电阻
1.重要参数:
光电流,暗电流,暗电阻,亮电流,亮电阻。
一般期望暗电阻越大,亮电阻越小。
1.伏安特性:
电压增大,电流持续增大。
2.光照特性:
光通量增加,电流增加,但是是非线性的,故光敏电阻一般不用于线性的测量。
3.频率特性:
多数光敏电阻的时间常数都很大。
4.温度特性:
温度升高,灵敏度最大值向波长短方向偏移。
5.稳定性:
最初并不稳点,但经过老化处理后,性能稳定,可以长时间利用。
4.光电池
光电池一般利用其短路电流进行线性测量。
5.光敏晶体管
集电极用于感光,把集电极当作一个单元处理。
1.伏安特性
其伏安特性如同传统的晶体管。
2.光照特性
呈现近似的线性关系。
4.CCD传感器
CCD传感器主要由以下三部分:
1.感光单元
光敏单元阵列。
2.移相存储
转移栅。
3.移位输出
串行移位输出寄存器。
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