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南昌航空大学航空与机械学院第七章光电式传感器光电式传感器是利用光电元件将光信号变换成电信号的一种装置。光电元件也称光敏元件，光电元件的类型很多，但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。根据光电效应的不同机理，光电效应可分为三类：⑴光电子发射效应。在光的照射下，使电子从物理表面逸出的现象称之。⑵光电导效应。在光的照射下，使物理电阻率改变的现象称之。⑶光伏效应。在光的照射下使物体在某一方向产生电动势的现象称之。光电子发射效应在物体表面产生，所以也称外光电效应，通常使用的是金属材料；光电导效应和光伏效应发生在物体内部，所以也称内光电效应，一般使用的是半导体材料。南昌航空大学航空与机械学院7-1光敏电阻一、光敏电阻的工作原理光电导效应：半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象称为光电导效应。光照停止，自由电子与空穴逐渐复合，电阻又回复原来值。根据这一原理制成的器件称为光敏电阻。光敏电阻没有极性，使用时在电阻两端加直流或交流偏压，如下图所示。光敏电阻不受光照射时的电阻称暗电阻，此时通过的电流称暗电流。受光照射时的电阻称亮电阻，对应的电流称亮电流。亮电流与暗电流之差称光电流。光敏电阻的暗电阻在几兆欧以上，而亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之差越大，光电流越大，灵敏度越高。南昌航空大学航空与机械学院第七章光电传感器南昌航空大学航空与机械学院光敏电阻的结构图南昌航空大学航空与机械学院二、光敏电阻的基本特性1.光照特性：表示光电流与照射光强度的关系，也称光电特性。不同类型的光敏电阻光照特性不同，但大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，所以不适宜作检测元件，只能作为开关式的光电转换器。南昌航空大学航空与机械学院2.伏安特性：表示光敏电阻的光电流与外加电压之间的关系。在给定的电压下，光电流的数值随着照射光的增强而加大，照射光强不变时，外加电压越高，光电流I也越大，灵敏度随之增大。但最高工作电压受到允许耗散功率限制，不同元件有不同的规定，使用时应注意。南昌航空大学航空与机械学院3.光谱特性：表示照射光的波长于光电流的关系。不同材料光敏电阻的光谱特性不同，照射光的波长不同时，光敏电阻的灵敏度亦不同。光敏电阻的灵敏度有一个峰值，材料不同灵敏度峰值对应的波长不同。所以选择光敏电阻时，要与使用的光源结合起来考虑，才能获得较好的效果。南昌航空大学航空与机械学院4.频率特性：表示光电流与照射光强度变化频率之间的关系。因为光敏电阻受光照射后光电流不能立即达到饱和值，而是需要经过一段时间。同样光线停止照射后，光电流也不是立即完全消失，也存在一定的延时现象。大多数光敏电阻的相应时间都较长，在ms级左右。它除了与材料有关外，还取决于照度、负载电阻和环境温度。南昌航空大学航空与机械学院5.温度特性：光敏电阻与其它半导体器件一样，温度对其特性影响很大。温度升高时暗电流增大，使灵敏度降低。南昌航空大学航空与机械学院第七章光电传感器照相机自动测光光控灯工业控制南昌航空大学航空与机械学院7－2光电管光电管的工作原理与光敏电阻是相似的，其差别只是光照在半导体结上而已。光电二极管的P-N结装在管的顶部,上面有一个透镜制成的窗口，以便入射光集中在P-N结。光电二极管在电路中往往工作在反向偏置，没有光照时流过的反向电流很小，因为这时P型材料中的电子和N型材料中的空穴很少。但当光照射在P-N结上时，在耗尽区内吸收光子而激发出的电子-空穴对越过结区，使少数载流子的浓度大大增加，因此通过P-N结产生稳态光电流。其特点是体积小，频率特性好。南昌航空大学航空与机械学院光电三极管的结构与光敏二极管相似，不过它有两个P-N结，基极无引出线，仅有集电极和发射极两端引线。当集电极c上相对于发射极e为正的电压而不接基极b时，基极-集电极的结就是反向偏置的。当光照射在基极-集电极结上时，就会在结附近产生电子-空穴对，从而形成光电流(约几μA)，输出到三极管的基极，此时集电极电流是光生电流的β倍(β是三极管的电流放大倍数)。...