第三章 光电传感器(课件）-高二《传感器电路制作与调试项目教程》同步教学（电子工业版）

传感器电路制作与调试项目教程 第3版 第三章 光电传感器 www.515ppt.com 1 光辐射基础 光电效应 光敏电阻、光敏晶体管 光电管和光电倍增管 光电池 红外传感器 www.515ppt.com 2 光辐射基础 www.515ppt.com 3 一、光辐射基础 1.光和光谱 一、光辐射基础 2.光的度量 （1）光通量 光通量是指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。用符号来表示，单位为流明，用符号（lm）来表示。 （2）发光强度 光源在空间某一特定方向上的单位立体角内辐射的光通量（光通量的密度），称为光源在该方向上的发光强度（简称光强），用符号I来表示，单位为坎德拉（cd）。 一、光辐射基础 2.光的度量 （3）照度 照度是用来表示被照面（点）上光的强弱。受照物体表面每单位面积上接收到的光通量称为照度，符号位E，单位为勒克斯（lx）。 （4）亮度 亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量。人眼从一个方向观察光源，在这个方向上的光强与人眼所“见到”的光源面积之比，定义为该光源单位的亮度，即单位投影面积上的发光强度。亮度用符号L表示，亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。 光电效应 www.515ppt.com 8 什么是光电效应？ www.515ppt.com 9 二、光电效应 光电效应是指当光照射到物体时，物体受到具有能量的光子轰击，使物体材料中的电子吸收光子的能量而发生相应的电效应，如电导率变化、发射电子或产生电动势的现象。 二、光电效应 光电效应 外光电效应 内光电效应 光电导效应 光生伏特效应 二、光电效应 1.外光电效应 外光电效应：在光线的作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。 二、光电效应 1.外光电效应 公式中： m 为电子质量； v 是电子逸出物体表面时的初速度； h 是普朗克常数， h=6.626×10-34J·S； F 为入射光频率； A 是物体逸出功。 用爱因斯坦光电方程描述： 2.内光电效应 由于光量子作用，引发物质电化学性质变化的现象称为内光电效应。内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。 （1）光电导效应：在光线作用下，使物体的电阻率发生变化的现象称为光电导效应。 （2）光生伏特效应：在光线作用下，使物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。 二、光电效应 思考题 一、可见光中，哪种颜色的光更容易使电子逸出？ 设计意图 思考题 1 www.515ppt.com 15 光电管和光电倍增管 www.515ppt.com 16 三、光电管和光电倍增管 光电管：通常把检测装置中发射电子的极板称为阴极，吸收电子的极板称为阳极，将两者封于同一壳内，连上电极，就称为光电二极管（简称光电管）。 三、光电管和光电倍增管 三、光电管和光电倍增管 光电倍增管：在普通光电管阴、阳极的基础上，又加入了光电二次发射的倍增极。这些光电倍增极上面有Sb-Cs或Ag-Mg等光敏材料。在工作时，这些电极的电位逐级提高。 光敏电阻 光敏晶体管 www.515ppt.com 20 四、光敏电阻、光敏晶体管 1.光敏电阻：又称光导管，它是利用多晶半导体的光导电特性而制成的，是属于一种无结的半导体器件。 当光导体受到光照时，其表面层就会产生空穴和电子，并有效地参与导电，从而使光导体的电阻率下降。光照越强，电阻越小。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。 四、光敏电阻、光敏晶体管 四、光敏电阻、光敏晶体管 2.光敏晶体管：光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等统称为光敏晶体管，它们的工作原理是基于内光电效应。 光敏二极管 光敏三极管 光敏晶闸管 四、光敏电阻、光敏晶体管 将发光器件与光敏元件集成在一起，便可构成光耦合器。 光耦合器的典型结构 光电池 www.515ppt.com 25 五、光电池 五、光电池 光电池也称为太阳能电池，它的工作原理是基于光生伏特效应，即光照射在光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。 五、光电池 硅光电池实质上是一个大面积的硅半导体PN结，其基本材料为薄片P型单晶硅。在N型受光层上制作栅状负电极，并在受光面上均匀覆盖很薄的天蓝色一氧化硅膜（抗反射膜），提高对入射光的吸收能力。 这种单晶硅光电池是目前应用最广泛的光电池。 硅光电池的结构 五、光电池 按光电池主要的应用 用作光伏器件使用 用作光电转换器件使用 思考题 一、图中有儿童戴的风扇帽、赛车、滑翔器、路灯、卫生间的烘手器，分析它们中哪个是利用光电池进行工作的