【正文】 阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強而減小。 導(dǎo)帶 價帶 禁帶 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價電子所占能帶 Eg 材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導(dǎo)材料，總存在一個照射光波長限 λ0，只有波長小于 λ0的光照射在光電導(dǎo)體上，才能產(chǎn)生電子能級間的躍進，從而使光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。 ?當(dāng)入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強成正比。 基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管 、 光電倍增管等 。在復(fù)合時，電子把大約等于禁帶寬度 Eg的能量釋放出來。對于絕緣體材料，由于禁帶寬度 Eg很大，價帶中的電子很難遷到導(dǎo)帶中去，因而它表現(xiàn)出良好的絕緣性能。 價帶上面的能帶稱為導(dǎo)帶 。 第一節(jié) 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 一 、 半導(dǎo)體的光吸收 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時 ， 價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導(dǎo)率變大 。這樣一來，晶體材料就可以導(dǎo)電了。 當(dāng)價帶中一個電子被激發(fā)到導(dǎo)帶中，在價帶中就留下了一個電子的空位。不同的半導(dǎo)體單晶材料的 Eg值不同，光發(fā)波長也不同，因為電子和空穴都是處于能帶之中，不同的電子和空穴的能級有所差別，復(fù)合發(fā)光的波長有所差別，但其頻率接近于 γ。外光電效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物，從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過 109s。為了使光電流為零，必須加負(fù)的截止電壓，而且截止電壓與入射光的頻率成正比。 基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管 、三極管 。 第二節(jié) 內(nèi)光電效應(yīng)器件 1. 光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu) 當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時 ， 若光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料 ， 而且光輻射能量又足夠強 ， 光導(dǎo)材料價帶上的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去 ， 從而使導(dǎo)帶的電子和價帶的空穴增加 ， 致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大 。 2玻璃窗口 。 圖 （ c） 是光敏電阻的代表符號 。 此時流過的電流 。因此它不宜作定量檢測元件 ， 這是光敏電阻的不足之處 。 在一定的光照度下 ， 所加的電壓越大 ， 光電流越大 ， 而且無飽和現(xiàn) 50 100 150 200 1 2 U/V 0 20 40 象 。 但在人為地加溫 、 光照及加負(fù)載情況下 ， 經(jīng)一至二周的老化 ， 性能可達(dá)穩(wěn)定 。 例如 ， 可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低 。 命名方式： 把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前 。 光電池的示意圖 硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示 。 光生電勢與光電池相同 ， 但輸出電流普遍比光電池小 ， 一般為幾 μA到幾十 μA。 鍺光敏二極管有 A， B， C， D四類；硅光敏二極管有 2CU1A～ D系列 、 2DU1～ 4系列 。 2. 光敏三極管 光敏三極管有 PNP型和 NPN型兩種，如圖。 （ 1）光譜特性 相對靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。 光敏三極管能把光信號變成電信號 ， 而且輸出的電信號較大 。從特性曲線可以看出，溫度變化對光電流的影響很小，而對暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對暗電流進行溫度補償，否則將會導(dǎo)致輸出誤差。 白幟燈 l所發(fā)出的光經(jīng)過雙凸透鏡 2會聚，然后由半透反射鏡 3反射使光路折轉(zhuǎn)90度，經(jīng)半凸透鏡 4會聚后成平行光束。 圖 (a)是在待測轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤，在調(diào)置盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，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。 將 MOS陣列加上輸入 、輸出端 ， 便構(gòu)成了 CCD。 CCD電荷的注入通常有光注入 、電注入和熱注入等方式 。 當(dāng)入射光照射在光敏元件陣列上 ,梳狀電極施加高電壓時 ,光敏元件聚集光電荷 ,進行光積分 ,光電荷與光照強度和光積分時間成正比 。 轉(zhuǎn)移柵 光積分單元 不透光的電荷轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu) 光積分區(qū) 輸出 轉(zhuǎn)移柵 (a) (b) 線型 CCD圖像傳感器 輸出 3．面型 CCD圖像傳感器 面型 CCD圖像傳感器由感光區(qū) 、 信號存儲區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成 。 在水平消隱周期內(nèi) ， 存儲區(qū)的整個電荷圖像向下移動 ， 每次總是將存儲區(qū)最底部一行的電荷信號移到水平讀出器 ，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動以視頻信號輸出 。接著這一行電荷信號在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號輸出。 2. 光電耦合器的組合形式 光電耦合器的組合形式有多種 ， 如圖 。 如果煙道濁度增加 ，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加 ， 到達(dá)光檢測器的光減少 ， 因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化 。 目前太陽電池發(fā)電成本尚不能與常規(guī)能源競爭 ， 但是隨著太陽電池技術(shù)不斷發(fā)展 ， 成本會逐漸下降 ， 太陽電池定將獲得更廣泛的應(yīng)用 。 當(dāng)入射光通量相同時 ， 執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)定的方式工作或進行跟蹤 。 在測量溶液濃度 、 物體色度、 紙張的灰度等場合 ， 可用該電路作前置級 ， 把微弱光電信號進行線性放大 ， 然后帶動指示機構(gòu)或二次儀表進行讀數(shù)或記錄 。當(dāng)光電池受光照射時 ， 產(chǎn)生較高的電動勢 ， 只要光強大于某一設(shè)定的閾值 ， 系統(tǒng)就改變工作狀態(tài) ， 達(dá)到開關(guān)目的 。如果還需要向交流負(fù)載供電，則加一個直流－交流變換器，太陽電池電源系統(tǒng)框圖如圖。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，反光與不反光交替出現(xiàn)，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。 該形式采用功能器件構(gòu)成的高速、高傳輸效率的光電耦合器。 三、光電耦合器 光電耦合器是由一發(fā)光元件和一光電傳感器同時封裝在一個外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件 。它將圖 (b)中感光元件與存儲元件相隔排列。這種結(jié)構(gòu)易于引起圖像模糊。 同時 ,在電荷耦合移位寄存器上加上時鐘脈沖 ,將存儲的電荷從 CCD中轉(zhuǎn)移 ,由輸出端輸出 。 隨著控制脈沖的分配 ， 少數(shù)載流子便從 CCD的一端轉(zhuǎn)移到最終端 。 如何實現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢 ？ 電荷轉(zhuǎn)移的控制方法 ，非常類似于步進電極的步進控制方式 。 它的核心是 電荷轉(zhuǎn)移器件 CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件 CCD(Charge Coupled Device)。當(dāng)帶材向左偏移時遮光面積減少，角矩陣反射回去的光通量增加，輸出電流信號為 +△ I；帶材向右偏移時．光通量減小，輸出電流信號為－ △ I，這個電流變換由放大器放大，作為控制電流信號，通過執(zhí)行機構(gòu)糾正帶材的偏： 光電式轉(zhuǎn)速表 分類：透射式和反射式兩種。 對于鍺管 ， 入射光的調(diào)制頻率要求在 5kHz以下 。當(dāng)光照足夠大 (幾 klx)時，會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。故在可見光或探測赤熱狀態(tài)物體時 ， 一般選用硅管；但對紅外線進行探測時 ,則采用鍺管較合適 。 P P N N N P e b b c RL E e c 光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個最佳靈敏度的峰值波長 。反向電流也叫做 暗電流 ．當(dāng)光照射時，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。 國產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為 2CU和 2DU兩種系列。 若將外電路斷開 ， 就可測出光生電動勢 。 ?硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、 壽命短 ， 適于接收可見光 (響應(yīng)峰值波長 )， 最適宜制造照度計 。C 二、光電池 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能