第三节 光电传感器的应用
—、光源本身是被测物的应用实例 光电池
光的照度E
（外加柔
的单位是lx（勒
光罩）
克斯），它是常
用的光度学单位
之一，它ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ示受
照物体被照亮程
度的物理量，可
以用照度计来测
量。
1.红外线辐射温度计：
柔光罩下面为圆形光电池
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光电池在动力方面的应用
太阳能赛车
太阳能 硅光电池板
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太阳能电风扇
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光电池在动力方面的应用（续）
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住宅太阳能供. 电
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光电池在动力方面的 应用（续）
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嫦娥. 一号上的光电池板 27
光电池的光电特性
开路电压为 对数特性
基于光生伏特效应的光电元件
——光电池
新型的硅光电池 是在P型衬底上制 造一薄层N型层作 为光照敏感面，效 率更高。N型区每吸 收一个光子就产生 一对光生电子-空穴 对。空穴通过漂移 运动被拉到P型区， 带正电；电子留在 N区，带负电。
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光电池外形
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光敏面
机械工业出版社
中等职业教育电气类规划教材
《自动检测与转换技术》
第十章 光电传感器
2014－11－5
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第十章 光电传感器
在这一章里，卡卡要给大家简单介绍光电 效应，着重讲解光电元件的原理、分类、特 性、电路接线以及光电传感器的应用。
光电传感器的最大特点是非接触测量。
1860 年 ， 英 国 物 理学家麦克斯韦建 立了电磁理论，认 识到光是一种电磁 波 。 1905 年 ， 德 国 物理学家爱因斯坦 用光量子学说解释 了光电发射效应， 并 为 此 而 获 得 1921 年诺贝尔物理学奖。
短路电流为 线性特性
一个典型的硅光电池的光电特性 1—开路电压曲线 2—短路电流曲线
第二节 光电元件的基本应用电路
一、光敏电阻的基本应用电路
a）UＯ与光照变化趋势相同的电路 b）UＯ与光照变化趋势相反的电路
二、光敏二极管应用电路
利用反相 器可将光敏二 极管的输出电 压转换成TTL 电平。
当光照增 加，Ui<（1/2） VDD时，反相器 翻转,输出变为 什么电平？
光照变化产生的电流
称为暗电流
暗电流（越小越好）
光敏二极管
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子-空穴 对数量增加，光电流 与照度成正比。
光敏二极管外形
光敏二极管阵列
包含1024个InGaAs 元件的线性光电二极管阵 列，可用于分光镜。
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紫外光电管外形
当入射紫外 线照射在紫外管阴 极板上时，电子克 服金属表面对它的 束缚而逸出金属表 面，形成电子发射。 紫外管多用于紫外 线测量、火焰监测 等。
紫外线
光敏电阻
当光敏电阻受到 光照时， 阻值减小。
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光敏电阻 原理演示
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。
光敏三极管外形
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光敏三极管内部结构
a) 内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图
1—集电极引脚 2—管芯 3—外壳 4—玻璃聚光镜 5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 8—SiO2保护圈 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区 12—发射结
硅光敏晶体管 的光谱特性
第一节 光电效应及光电元件
用光照射某一物体，可以看作物体 受到一连串能量为hf 的光子的轰击，组 成这物体的材料吸收光子能量而发生相应 电效应的物理现象称为光电效应。
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， 基于外光电效应的光电元件 有紫外光电管、光电倍增管、 光电摄像管等。
光敏二极管的反向偏置接线 （参考上页图）及光电特性演示
在没有光照时，由于二 极管反向偏置，反向电流 （暗电流）很小。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
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当光照增加
时，光电流IΦ 与光照度成正
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比关系。 12
光敏三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通 三极管相似，有电流增益，灵敏度比光 敏二极管高。多数光敏三极管的基极没 有引出线，只有正负（C、E）两个引脚， 所以其外型与光敏二极管相似，从外观 上很难区别。
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能提供较大电流的 大面积光电池外形
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光电池串联，能提高电压； 并联，可以提高输处电流
每一片光电池的最大输出电压约为0.6V， 每平方米，晴天的输出电流约为10A。
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太阳能组件
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其他光电池及在照度测量中的应用
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红外发射、接收对管外形 红外发射管
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红外接收管
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光敏二极管的反向偏置接法
在没有光照时，由 于二极管反向偏置，所 以反向电流很小，这时 的电流称为暗电流，相 当于普通二极管的反向 饱和漏电流。当光照射 在二极管的PN结（又称 耗尽层）上时，在PN结 附近产生的电子-空穴 对数量也随之增加，光 电流也相应增大，光电 流与照度成正比。
电磁波频谱
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光敏二极管、三极管的光电特性比较
IΦ
4mA
光 电 流
光敏 三极管
0.3mA
请判断光敏二极管、 三极管的灵敏度 孰高孰低
光敏 二极管
光照
0
3000lx
E
基于光生伏特效应的光电元件
——光电池
在N型衬底上制造一薄层P型层作为光 照敏感面，就构成最简单的光电池。当入 射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个 光子就产生一对光生电子-空穴对， 光生 电子-空穴对的的扩散运动使电子通过漂移 运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N 区带负电，P区带正电。如果光照是连续的， 经短暂的时间，PN结两侧就有一个稳定的 光生电动势输出。
光敏三极管光控继电器电路
当无光照时，V1截止，IΦ =0，则V2处于什么 状态？继电器KA吸合还是释放？如果将V1与R b2 位置上下对调，请画出电路，并分析工作过程。
五、光电池的应用电路 ——光电池短路电流测量电路
I/U 转换电路的输出电压Uo与光电流IΦ成正 比。若光电池用于微光测量时，IΦ可能较小，则 应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器RP 微调总的放大倍数。