【正文】 當(dāng)光電池受光照射時(shí) ， 使單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)翻轉(zhuǎn) ，改變其工作狀態(tài)或觸發(fā)器件 (如可控硅 )導(dǎo)通 。 由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高 ， 光譜范圍寬 ， 頻率特性好 ， 噪聲低等 ， 它已廣泛地用于光電讀出 、光電耦合 、 光柵測(cè)距 、 激光準(zhǔn)直 、 電影還音 、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等 。 這是全世界范圍內(nèi)人們所追求 、 探索新能源的一個(gè)重要研究課題 。為了消除工業(yè)煙塵污染 ， 首先要知道煙塵排放量 ，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè) 、 自動(dòng)顯示和超標(biāo)報(bào)警 。 (a)金屬密封型 (b)塑料密封型 采用雙列直插式用塑料封裝的結(jié)構(gòu) 。在感光區(qū)光敏元件積分結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)移控制柵打開(kāi)，電荷信號(hào)進(jìn)入存儲(chǔ)區(qū)。 在正常垂直回掃周期內(nèi) ， 具有公共水平方向電極的感光區(qū)所積累的電荷同樣迅速下移到信息存儲(chǔ)區(qū) 。 目前 ， 實(shí)用的線型 CCD圖像傳感器為雙行結(jié)構(gòu) ， 如圖 （ b） 所示 。 2．線型 CCD圖像傳感器 線型 CCD圖像傳感器由一列光敏元件與一列 CCD并行且對(duì)應(yīng)的構(gòu)成一個(gè)主體 ,在它們之間設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)移控制柵 ,如圖 (a)所示 。 下面以三相控制方式為例說(shuō)明控制電荷定向轉(zhuǎn)移的過(guò)程 。 1． CCD的結(jié)構(gòu)和基本原理 P型 Si 耗盡區(qū) 電荷轉(zhuǎn)移方向 Ф1 Ф2 Ф3 輸出柵 輸入柵 輸入二極管 輸出二極管 SiO2 CCD的 MOS結(jié)構(gòu) CCD是由若干個(gè)電荷耦合單元組成 ， 該單元的結(jié)構(gòu)如圖所示 。 反射式光電轉(zhuǎn)速表。 0 100 1000 500 5000 10000 20 40 60 100 80 RL =1kΩ RL =10kΩ RL =100kΩ 入射光調(diào)制頻率 / HZ 相對(duì)靈敏度/% 圖 一、光敏電阻開(kāi)關(guān)電路 光電轉(zhuǎn)換電路 二、二極管和三極管的基本電路 光電傳感器應(yīng)用 光電式帶材跑偏儀由光電式模擬傳感器和晶體管放大器兩部分組成。C 25 0 50 100 0 200 300 400 10 20 30 40 50 60 70 80 T/186。 光敏三極管在不同的照度下的伏安特性 ， 就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣 。 因?yàn)楣庾幽芰刻?， 不足以激發(fā)電子空穴對(duì) 。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。 2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而 2DU系列光電二極管有三條引線。 I U Id U I RL IΦ (a) (b) (c) 圖 光電池符號(hào)和基本工作電路 三、光敏二極管和光敏三極管 光電二極管和光電池一樣 ， 其 基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè) PN結(jié) 。 且工作溫度最高 ， 更耐受宇宙射線的輻射 。 它是基于光生伏特效應(yīng)制成的 ， 是發(fā)電式有源元件 。 硫化鎘的光電流 I和溫度 T的關(guān)系如圖所示 。 硫化鉛 硫化鎘 （ 6）穩(wěn)定性 圖中曲線 2分別表示兩種型號(hào) CdS光敏電阻的穩(wěn)定性 。 圖中曲線 2分別表示照度為 零 及照度為 某值 時(shí)的伏安特性 。 在一定外加電壓下 ，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系 。 此時(shí)在給定電壓下流過(guò)的電流 。 RG 1 2 3 4 5 6 7 (a)結(jié)構(gòu) (b)電極 (c)符號(hào) 它是在一定的掩模下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的 。 為了獲得高的靈敏度 ， 光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案 ， 結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖 。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。 式中 ν、 λ分別為入射光的頻率和波長(zhǎng)。即光強(qiáng)愈大，意味著入射光子數(shù)目越多，逸出的電子數(shù)也就越多。 光子是具有能量的粒子，每個(gè)光子的能量： E=hν h— 普朗克常數(shù)， 1034J在輻射躍遷的情況下，釋放出一個(gè)頻率為： 的光子，其中 h是普朗克常數(shù)（ 1034焦耳 導(dǎo)體材料的 Eg=0，因此它表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能。在溫度低至絕對(duì)零度的情況下，晶體中的電子均在價(jià)帶之中，而導(dǎo)帶是完全空著的。第四章 光電式傳感器 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 外光電效應(yīng)器件 第三節(jié) 內(nèi)光電效應(yīng)器件 第四節(jié) 新型光電傳感器 第五節(jié) 光敏傳感器的應(yīng)用舉例 光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件 ， 它是把 光信號(hào) （ 紅外 、 可見(jiàn)及紫外光輻射 ） 轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件 。如果價(jià)帶中的電子受熱或光的激發(fā)，則受激發(fā)的電子就會(huì)躍遷到上面的導(dǎo)帶中去。半導(dǎo)體材料的禁帶寬度介于導(dǎo)體和絕緣體之間，因而它的導(dǎo)電能力也介于兩者之間。秒）。s； ν— 光的頻率（ s1） 根據(jù)愛(ài)因斯坦假設(shè)，一個(gè)電子只能接受一個(gè)光子的能量，所以要使一個(gè)電子從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功，超過(guò)部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。 ?光電子逸出物體表面具有初始動(dòng)能 mv02 /2 ，因此外光電效應(yīng)器件（如光電管）即使沒(méi)有加陽(yáng)極電壓，也會(huì)有光電子產(chǎn)生。 ??? ??? hch為了實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度 Eg，即 （ 2） 光生伏特效應(yīng) 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng) 。 不足：需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。 1光導(dǎo)層 。 這種硫狀電極 ， 由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積 ， 所以提高了光敏電阻的靈敏度 。 亮電流： 光敏電阻在某一光照下的阻值 ， 稱(chēng)為該光照下的亮電阻 。 不同類(lèi)型光敏電阻光照特性不同 ， 但光照特性曲線均呈非線性 。 由曲線可知 ， 在給定偏壓下 ,光照度較大 ， 光電流也越大 。 初制成的光敏電阻 ， 由于 體內(nèi)機(jī)構(gòu)工作不穩(wěn)定 ，以及 電阻體與其介質(zhì)的作用還沒(méi)有達(dá)到平衡 ， 所以性能是不夠穩(wěn)定的 。 有時(shí)為了提高靈敏度 ， 或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)波段的輻射 ， 將元件降溫使用 。 它有較大面積的 PN結(jié) ， 當(dāng)光照射在 PN結(jié)上時(shí) ，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì) 。 因此 ，它在宇宙飛船 、 衛(wèi)星 、 太空探測(cè)器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的 。 它和光電池相比 ， 重要的不同點(diǎn)是 結(jié)面積小 ， 因此它的頻率特性特別好 。 1. 光敏二極管 光敏二極管符號(hào)如圖 。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí) ， 相對(duì)靈敏度也下降 ， 這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收 ， 并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá) PN結(jié) ， 因而使相對(duì)靈敏度下降 。 因此 ， 只要將入射光照在發(fā)射極 e與基極 b之間的 PN結(jié)附近 ， 所產(chǎn)生的光電流看作基極電流 ， 就可將光敏三極管看作一般的晶體管 。C 光敏晶體管的溫度特性 （ 4）溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。 光電式邊緣位置傳感器由白熾燈光源、光學(xué)系統(tǒng)和光電器件組成，其結(jié)構(gòu)如圖 l0． 30所示。 光電轉(zhuǎn)速傳感器原理圖 2 3 1 2 3 1 (a) (b) 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作原理圖 下圖是光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的工作原理圖。 CCD的最小單元是在 P型（ 或 N型 ） 硅襯底上生長(zhǎng)一層厚度約為 120nm的SiO2， 再在 SiO2層上依次沉積鋁電極