《物性型傳感器》ppt課件 (2)-文庫吧
2024-12-31 02:36 本頁面
【正文】 光電式傳感器 圖 316 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 光電式傳感器 (1)光敏半導(dǎo)體管的種類 光敏二極管、光敏晶體管、光敏晶閘管等統(tǒng)稱為光敏半導(dǎo)體管，它們的工作原理都是基于內(nèi)光電效應(yīng)的。 1)光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，它的 PN結(jié)設(shè)置在透明管殼頂部的正下方，可以直接受到光的照射。 圖 317 光敏二極管 a)外形圖 b)結(jié)構(gòu)簡化圖 c)圖形符號 光電式傳感器 2)光敏晶體管有 PNP型和 NPN型兩種，它的結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號及應(yīng)用電路如圖 319所示。 圖 318 光敏二極管的反向偏置接法 光電式傳感器 圖 319 光敏晶體管 a)結(jié)構(gòu) b)等效電路 c)圖形符號 d)應(yīng)用電路 e)達(dá)林頓光敏晶體管 3)光敏晶閘管也稱為光控晶閘管，它是由 PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成，其工作原理可用光敏二極管和普通晶閘管的工作原理解釋，它的導(dǎo)通電流比光敏晶體管大得多，工作電壓有的可達(dá)數(shù)百伏，因此輸出功率大，主要用于光控開關(guān)電路及光耦合電路器中。 光電式傳感器 (2)光敏半導(dǎo)體管的基本特性 1)光譜特性。 2)伏安特性。 3)光電特性。 4)溫度特性。 圖 320 光敏半導(dǎo)體管的伏安特性 a)光敏二極管的伏安特性 b)光敏晶體管的伏安特性 光電式傳感器 5)響應(yīng)時(shí)間。 光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)的。 圖 321 光電池 a)光電池結(jié)構(gòu)示意圖 b)符號 光電式傳感器 (1)結(jié)構(gòu)及工作原理 如圖 321所示，光電池實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的 PN結(jié)，當(dāng)光照射到 PN結(jié)的一個(gè)面，例如 P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么 P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電子 空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢。 (2)基本特性 1)光譜特性。 2)光照特性。 圖 322 硅光電池的開路電壓和短路電流與 當(dāng)照的關(guān)系曲線 光電式傳感器 3)溫度特性。 4)頻率特性。 光電式傳感器的應(yīng)用 圖 323是采用硫化鉛光敏電阻為探測元件的火焰探測器電路。 光電式傳感器 光電式傳感器 圖 323 火焰探測報(bào)警器電路 由于煤氣是易燃、易爆氣體，所以對燃?xì)馄骶咧械狞c(diǎn)火控制器的要求是安全、穩(wěn)定和可靠。 光電式傳感器 燃?xì)鉄崴髦械拿}沖點(diǎn)火控制器原理如圖 3?24所示。在高壓打火時(shí)，火花電壓可達(dá)一萬多伏，這個(gè)脈沖高電壓對電路工作影響極大。為保證電路正常工作，采用光耦合器 VB進(jìn)行電平隔離，大大增強(qiáng)了電路抗干擾能力。當(dāng)高壓打火針對打火確認(rèn)針放電時(shí)，光耦合器 VB中的發(fā)光二極管發(fā)光，耦合器中的光敏晶體管導(dǎo)通，經(jīng)VT VT VT3放大，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)吸電磁閥，將氣路打開，燃?xì)馀龅交鸹慈紵?。若高壓打火針與打火確認(rèn)針之間不放電，則光耦合器 VB不工作， VT1等不導(dǎo)通，燃?xì)忾y門關(guān)閉。 光電式傳感器 圖 324 燃?xì)鉄崴髦械拿}沖點(diǎn)火控制器原理 圖 325a是在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個(gè)帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤，在調(diào)置盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光， 光電式傳感器 透過盤上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。 圖 325 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的工作原理 a)透射式轉(zhuǎn)速表 b)反射式轉(zhuǎn)速表 光電式傳感器 天明提醒器原理如圖 326所示。 1)KD154B集成電路。 2)光敏電阻 RG選用 ?5mm系列的 GL5649D。 3)B采用 KLJ5020型貼片蜂鳴器。 4)GB用兩節(jié) 5號電池串聯(lián)。 5)R選用 20kΩ、 RTX1/8W型碳膜電阻。 6)BL選用 8Ω、 25W揚(yáng)聲器。 7)開關(guān)可選用廢棄設(shè)備上的小的按鍵開關(guān)。 (1)制作 按照圖 327所示制作好電路板。 光電式傳感器 圖 326 天明提醒器原理 光電式傳感器 光電式傳感器 圖 327 天明提醒器印制電路板 (2)安裝 將電路板裝入一個(gè)小收音機(jī)殼體內(nèi)，用烙鐵將電源線焊到收音機(jī)的電源端，裝入兩節(jié) 5號電池即可。 (3)使用 使用時(shí)，將裝好的提醒器放置到重要的文件柜內(nèi)，一旦有人打開柜子，就會(huì)發(fā)出蜂鳴報(bào)警。 霍爾式傳感器 圖 328 霍爾效應(yīng)原理圖 霍爾式傳感器的原理及特性 霍爾式傳感器 將半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場 (磁場方向垂直于薄片 )中，如圖 328所示，當(dāng)有電流 I流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢 UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 假設(shè)薄片為 N型半導(dǎo)體，在其左右兩端通以電流 I(稱為控制電流 )，那么半導(dǎo)體中的載流子 (電子 )將沿著與電流 I相反的方向運(yùn)動(dòng)。由于外磁場 B的作用，使電子受到洛侖茲力 FL作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面間形成電場。該電場產(chǎn)生的電場力 FE阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng) FE與 FL相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。這時(shí)，在半導(dǎo)體前后兩端面之間 (即垂直于電流和磁場方向 )建立電場，稱為霍爾電場 EH，相應(yīng)的電動(dòng)勢就稱為霍爾電動(dòng)勢 UH。 霍爾式傳感器 (1)輸入電阻 Ri 霍爾元件兩激勵(lì)電流端的直流電阻稱為輸入電阻。 (2)輸出電阻 Ro 兩個(gè)霍爾電動(dòng)勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，它的數(shù)值與輸入電阻屬同一數(shù)量級，它也隨溫度改變而改變。 (3)額定激勵(lì)電流 Im 由于霍爾電動(dòng)勢隨激勵(lì)電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵(lì)電流。 (4)靈敏度 kH k
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