光电式传感器3.pptx
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1、第3章光电式传感器3.5 光电传感器光电传感器 雪崩式光电二极管APD半导体色敏传感器光电闸流晶体管热释电传感器达林顿光电三极管光电耦合器件光导摄像管CCD图像传感器1第3章光电式传感器3.5.7雪崩式光电二极管(APD)雪崩式光电二极管具有高速响应和放大功能:使用时在PN结上施加近于击穿的反偏压,利用PN结处产生的雪崩效应而制成的电子倍增管。外来的光线通过薄的P+层,然后被P层吸收产生载流子。由于P层存在着105V/cm的电场,电荷载流子能从电场获取足够的能量,将位于价带上的电子冲击离子化产生雪崩效应,使光电流在管内得到倍增。2第3章光电式传感器3.5.8半导体色敏传感器半导体色敏传感器可用
2、来直接测量从可见光到红外波段内单色辐射的波长。它有两个深浅不同的PN结,形成反向连接的两个光电二极管PD1和PD2,故又称为双结光电二极管。3第3章光电式传感器当外部光照射到色敏器件上时,P1层吸收光子产生电子空穴对,电子扩散到P1N结,形成电流I1。在N层中吸收透过P1层的长波光,产生电子空穴对,其中一半向P1层一侧扩散,另一半向P2层一侧扩散,分别形成电流I2和I3。到达P2层的红外光区域的光在这里被吸收,产生电子,扩散到P2N结,形成电流I4。光电二极管PD1和PD2的短路电流Isc1和Isc2为4第3章光电式传感器光电二极管的光谱特性与PN结的结深有关,在靠近表面的PN结的PD1对短波
3、长的光比较灵敏,而远离表面的PN结的PD2对长波长比较灵敏。上面的一个PN结距离上表面约0.5m,对580nm波长具有峰值灵敏度,距上表面深度为10m的另一PN结,对900nm波长具有峰值灵敏度。5第3章光电式传感器使用方法:将这两个光电二极管等效电路串联连接,先取出PD1的短路电流Isc1及PD2的短路电流Isc2,测出它们的电流比Isc2/Isc1,短路电流比与波长有一一对应的关系。因此,如果测出短路电流比,就可以求出对应的入射光的波长,即可分辨出不同的颜色。6第3章光电式传感器具体的比较电路7实际应用的比较电路如图:Ic1和Ic2分别由各自的运算放大器放大,同时也进行对数压缩。将信号引入
4、下一级的比较电路,就可得到Isc2/Isc1之比值。这样得出的输出电压U0与波长一一对应。可检测出从4001000nm以上范围内的波长。输出电压与波长的关系第3章光电式传感器3.5.9光电闸流晶体管光电闸流晶体管是由入射光触发而导通的可控硅,简称光控晶闸管(光激可控硅)。在硅片上作成NPNP四个薄层,阳极置于基片上,最上面的N区为阴极,紧接着阴极的P层为控制极,在表面上作一层SiO2保护膜,再密封在有透光窗口的管壳中,最后接出引线。当P1接电源正极,N2接电源负极时,J1结和J3结处于正向,J2结处于反向。8第3章光电式传感器图3.63光电闸流晶体管结构以及原理电路和常用符号(a)结构;(b)
5、原理电路10第3章光电式传感器3.5.10热释电传感器热释电传感器利用热释电效应来检测受光面的温度升高值,得知光的辐射强度,工作在红外波段内。这种传感器在常温下工作稳定可靠,使用简单,时间响应能到微秒数量级,已得到普遍使用。12第3章光电式传感器在垂直极化轴的方向上把具有热释电效应的晶体切成薄片,再研磨成厚度为550m的极薄片,在两面蒸镀上电极,类似于电容器的构造。晶体本身能很好地吸收从红外波段到毫米波段的电磁波,必要时也用黑化以后的晶体或在透明电极表面涂上黑色膜。13第3章光电式传感器图3.65热释电传感器结构示意图14第3章光电式传感器当热释电材料由于热释电传感器受到频率为f的调制光照射时
6、,自发极化P也以频率f作周期性变化。如果f1/(为中和平均时间),就会输出频率为f的电信号。热释电传感器可以看作电流源,图中电流传感器输出电压为:16电极面积第3章光电式传感器17无线人体热释电红外传感器无线人体热释电红外传感器在电子防盗、人体探测器领域中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎第3章光电式传感器3.5.11达林顿光电三极管达林顿光电三极管是光电三极管与普通三极管内部采用达林顿接线方式集成在一起的组件,达林顿管的增益很大,其电流放大系数近似为两个管子分离时电流放大系数的乘积。能更可靠地使输出为开关状态,也更容易驱动负载。1
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