项目四 任务1 光控路灯电路设计（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

CONTENTS 目标要求 1. 了解光电式传感器的测量原理 2. 光电式传感器的应用 3. 光电式传感器的特性 1 任务描述 利用光敏器件实现能够在黄昏时自动接通路灯，在黎明时路灯自动关闭，要求有高灵敏度。 2 被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。 光电式传感器 3 光电式传感器的原理 光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为V的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为 光的频率越高（波长越短），能量就越大。 用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hV的光子所轰击，组成该物体的材料吸收光子的能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。 光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。 4 外光电效应(光电发射效应） 光照射在某一物体上,使电子从这些物体表面溢出的现象称为外光电效应。 光电效应方程 能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。 基于外光电效应的器件有光电管、光电倍增管等。 5 内光电效应 当光照在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象，称为内光电效应。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。 ◇光电导效应:光照改变半导体导电率，从而引起半导体电阻值的变化效应，这种现象称为光电导效应。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。 6 ◇ 光生伏特效应：光照改变PN结电场，从而引起PN结电势的变化效应，称为PN结光生伏特效应 基于该效应的器件有光电池。 P N 电子 空穴 - - - + + + - + 光源 7 光电器件 （1）光电管 8 光电管的结构示意图 阳极 光窗 光电阴极 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。 主要用于：分光光度计、 光电比色计等分析仪器 和各种自动装置 。 9 （2）光电倍增管 光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。 10  由光阴极、次阴极(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；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。 11 12 光电管特性 ① 光电特性 ② 伏安特性 ③ 光谱特性 13 （3）光敏电阻 光敏电阻又称光导管, 它用半导体材料制成的光电器件。 光敏电阻没有极性, 纯粹是一个电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压。 14 无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 通常为兆欧级，电路中电流（暗电流）很小当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少,通常为千欧以内， 电路中电流迅速增大 暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好 亮电流与暗电流之差为光电流。 15 光敏电阻演示 当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。 暗电流（越小越好） 16 当光敏电阻受到光照时， 阻值减小。 17 光敏电阻种类 对光照敏感的半导体光敏元件都可制成光敏电阻，半导体光敏元件的敏感光波长为纳米波，按其最佳工作波长范围可分为三类。 (1)对紫外光敏感元件。紫外光是指紫外线(波长λ=10~380nm)的内侧光波，波长为300一380 nm。对这类光敏感的材料有氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镐( CdS ) ,硒化镐( CdSe)等，这类敏感元件适于作a,B，Y射线检测及光电控制电路。 (2)对可见光敏感元件。可见光波长范围为380一760 nm，对这类光敏感的材料有硒( Se)、硅(Si)、锗(Ge)及硫化铊( TiS)硫化镉(CdS)等，尤其是TiS光敏元件，它既适用于可见光，也适用于红外光。这类敏感元件适用于光电计数、光电藕合、光电控制等场合。 18 (3)对红外光敏感元件。红外光是红外线(波长λ = 760一1 x106nm)的内侧光波，波长为76