【正文】 當光電池受光照射時 ， 使單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)翻轉 ，改變其工作狀態(tài)或觸發(fā)器件 (如可控硅 )導通 。 由于光電池工作時不需要外加電壓；光電轉換效率高 ， 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 、 光柵測距 、 激光準直 、 電影還音 、紫外光監(jiān)視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等 。 這是全世界范圍內人們所追求 、 探索新能源的一個重要研究課題 。為了消除工業(yè)煙塵污染 ， 首先要知道煙塵排放量 ，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測 、 自動顯示和超標報警 。 (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構 。在感光區(qū)光敏元件積分結束時，轉移控制柵打開，電荷信號進入存儲區(qū)。 在正常垂直回掃周期內 ， 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區(qū) 。 目前 ， 實用的線型 CCD圖像傳感器為雙行結構 ， 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并行且對應的構成一個主體 ,在它們之間設有一個轉移控制柵 ,如圖 (a)所示 。 下面以三相控制方式為例說明控制電荷定向轉移的過程 。 1． CCD的結構和基本原理 P型 Si 耗盡區(qū) 電荷轉移方向 Ф1 Ф2 Ф3 輸出柵 輸入柵 輸入二極管 輸出二極管 SiO2 CCD的 MOS結構 CCD是由若干個電荷耦合單元組成 ， 該單元的結構如圖所示 。 反射式光電轉速表。 0 100 1000 500 5000 10000 20 40 60 100 80 RL =1kΩ RL =10kΩ RL =100kΩ 入射光調制頻率 / HZ 相對靈敏度/% 圖 一、光敏電阻開關電路 光電轉換電路 二、二極管和三極管的基本電路 光電傳感器應用 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的輸出特性一樣 。 因為光子能量太小 ， 不足以激發(fā)電子空穴對 。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關系。 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 基本結構也是一個 PN結 。 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 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系 。 此時在給定電壓下流過的電流 。 RG 1 2 3 4 5 6 7 (a)結構 (b)電極 (c)符號 它是在一定的掩模下向光電導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 ， 結構見下圖 。 優(yōu)點：靈敏度高，光譜響應范圍寬，體積小、重量輕、機械強度高，耐沖擊、耐振動、抗過載能力強和壽命長等。 式中 ν、 λ分別為入射光的頻率和波長。即光強愈大，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，釋放出一個頻率為： 的光子，其中 h是普朗克常數(shù)（ 1034焦耳 導體材料的 Eg=0，因此它表現(xiàn)出良好的導電性能。在溫度低至絕對零度的情況下，晶體中的電子均在價帶之中，而導帶是完全空著的。第四章 光電式傳感器 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 外光電效應器件 第三節(jié) 內光電效應器件 第四節(jié) 新型光電傳感器 第五節(jié) 光敏傳感器的應用舉例 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件 ， 它是把 光信號 （ 紅外 、 可見及紫外光輻射 ） 轉變成為電信號的器件 。如果價帶中的電子受熱或光的激發(fā)，則受激發(fā)的電子就會躍遷到上面的導帶中去。半導體材料的禁帶寬度介于導體和絕緣體之間，因而它的導電能力也介于兩者之間。秒）。s； ν— 光的頻率（ s1） 根據(jù)愛因斯坦假設，一個電子只能接受一個光子的能量，所以要使一個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，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。 ?光電子逸出物體表面具有初始動能 mv02 /2 ，因此外光電效應器件（如光電管）即使沒有加陽極電壓，也會有光電子產生。 ??? ??? hch為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度 Eg，即 （ 2） 光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應 。 不足：需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。 1光導層 。 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 ， 稱為該光照下的亮電阻 。 不同類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 體內機構工作不穩(wěn)定 ，以及 電阻體與其介質的作用還沒有達到平衡 ， 所以性能是不夠穩(wěn)定的 。 有時為了提高靈敏度 ， 或為了能夠接收較長波段的輻射 ， 將元件降溫使用 。 它有較大面積的 PN結 ， 當光照射在 PN結上時 ，在結的兩端出現(xiàn)電動勢 。 因此 ，它在宇宙飛船 、 衛(wèi)星 、 太空探測器等電源方面的應用是有發(fā)展前途的 。 它和光電池相比 ， 重要的不同點是 結面積小 ， 因此它的頻率特性特別好 。 1. 光敏二極管 光敏二極管符號如圖 。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等方面的應用。 當入射光的波長縮短時 ， 相對靈敏度也下降 ， 這是由于光子在半導體表面附近就被吸收 ， 并且在表面激發(fā)的電子空穴對不能到達 PN結 ， 因而使相對靈敏度下降 。 因此 ， 只要將入射光照在發(fā)射極 e與基極 b之間的 PN結附近 ， 所產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系。 光電式邊緣位置傳感器由白熾燈光源、光學系統(tǒng)和光電器件組成，其結構如圖 l0． 30所示。 光電轉速傳感器原理圖 2 3 1 2 3 1 (a) (b) 光電數(shù)字式轉速表工作原理圖 下圖是光電數(shù)字式轉速表的工作原理圖。 CCD的最小單元是在 P型（ 或 N型 ） 硅襯底上生長一層厚度約為 120nm的SiO2， 再在 SiO2層上依次沉積鋁電極