【正文】 的器件 。 （ 7）溫度特性 其性能 (靈敏度 、 暗電阻 )受溫度的影響較大 。由于不同材料的光敏 20 40 60 80 100 I / % f / Hz 0 10 102 103 104 電阻 時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。 實用的光敏電阻的暗電阻往往超過 1MΩ,甚至高達100MΩ，而亮電阻則在幾 kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在 102～ 106之間，可見光敏電阻的靈敏度很高。 而且體積小 、重量輕 、 性能穩(wěn)定 、 價格便宜 ， 因此應用比較廣泛 。 6黑色絕緣玻璃 。 管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導體 。 利用物質(zhì)在光的照射下電導性能改變或產(chǎn)生電動勢的光電器件 稱 內(nèi)光電效應器件，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 內(nèi)光電效應 過程： 當光照射到半導體材料上時 ， 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帶 ， 如圖 ， 使材料中導帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導率變大 。 光線頻率低于紅限頻率 ， 光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出 ， 因而小于紅限頻率的入射光 ， 光強再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之 ， 入射光頻率高于紅限頻率 ， 即使光線微弱 ， 也會有光電子射出 。 向外發(fā)射的電子叫做光電子 。反之，導帶中的一個電子也可以躍遷到價帶中去，在價帶中填補一個空穴，把這一過程叫做復合。如果 Eg較大，則需要較大的激勵能量把價帶中的電子激發(fā)到導帶中去。 與原子的最多層軌道的價電子相對應的能帶叫做價帶 。 導帶 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 半導體單晶材料的原子是按一定規(guī)律緊密排列的。把導帶底的能量記作 EC，把價帶頂?shù)哪芰坑涀?EV。在電場的作用下，價帶中鄰近的電子就會填補這個空位，而把它自己的位置空出來，這就好象空位本身在電場的作用下產(chǎn)生移動一樣。 ? ? Ehg二 、 半導體的光導效應 三 、 半導體的光生伏特效應 一 、 光電效應 是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量 ， 從而產(chǎn)生的電效應 。 根據(jù)能量守恒定理 m— 電子質(zhì)量； v0— 電子逸出速度； A0表面電子逸出功 02021 Amh ?? ??該方程稱為愛因斯坦光電效應方程。 當光照射在物體上，使物體的電阻率 ρ發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象 叫做內(nèi)光電效應，它多發(fā)生于半導體內(nèi)。 ① 勢壘效應 （ 結光電效應 ） 。 為實現(xiàn)能級的躍遷 ，入射光的能量必須大于光導體材料的禁帶寬度 Eg， 即 hν= = ≥Eg(eV) 式中 ν和 λ— 入射光的頻率和波長 。 3金屬外殼 。 CdS光敏電阻的結構和符號 光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響 ， 因此要將導光電導體嚴密封裝在玻璃殼體中 。 光電流： 亮電流與暗電流之差 。 一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關 。 但是電壓不能無限地增大 ， 因為任何光敏電阻都受額定功率 、 最高工作電壓和額定電流的限制 。 光敏電阻在開始一段時間的老化過程中 ， 有些樣品阻值上升 ， I / % 40 80 120 160 2 1 T/h 0 400 800 1200 1600 有些樣品阻值下降，但最后達到一個穩(wěn)定值后就不再變了。 I / μA 100 150 200 50 10 30 50 10 30 T / 186。 如 ， 硒光電池 、 砷化鎵光電池 、 硅光電池等 。 它是在一塊 N型硅片上用擴散的辦法摻入一些 P型雜質(zhì) (如硼 )形成 PN結 。 按材料分 ， 光電二極管有硅 、 砷化鎵 、 銻化銦光電二極管等許多種 。 光敏二極管的結構與一般二極管相似 、 它裝在透明玻璃外殼中 ， 其 PN結裝在管頂 ， 可直接受到光照射 。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益 ,只是它的發(fā)射極一邊做的很大 ,以擴大光的照射面積 ,且其基極不接引線。 4000 8000 12022 16000 100 80 60 40 20 0 硅的峰值波長為 9000197。 U/V 光敏晶體管的光照特性 I / μA L/lx 200 400 600 800 1000 0 （ 3）光照特性 光敏三極管的光照特性如圖所示。 （ 5）光敏三極管的頻率特性 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示 。這光束由帶材遮擋一部分，另一部分射到角矩陣反射鏡 6后被反射，又經(jīng)透鏡 半透反射鏡 3和雙凸鏡 7會聚于光敏晶體管 8上。 在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。 當向 SiO2表面的電極加正偏壓時 ， P型硅襯底中形成耗盡區(qū) （ 勢阱 ） ， 耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大 。 圖 (b)采用電注入方式 。 在光積分時間結束時 ,轉(zhuǎn)移柵上的電壓提高 (平時低電壓 ),與 CCD對應的電極也同時處于高電壓狀態(tài) 。 目前存在三種典型結構形式 ， 如圖所示 。 當整幀視頻信號自存儲移出后 ， 就開始下一幀信號的形成 。這種結構的器件操作簡單，但單元設計復雜，感光單元面積減小，圖像清晰。 (a) (b) (c) (d) 光電耦合器的組合形式 該形式結構簡單、成本低，通常用于 50kHz以下工作頻率的裝置內(nèi)。 第五節(jié) 光電傳感器的應用舉例 平行 光源 光電 探測 放大 顯示 刻度 校正 報警器 吸收式煙塵濁度檢測系統(tǒng)原理圖 煙道 二、光電轉(zhuǎn)速傳感器 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。 ?將光電池作光電轉(zhuǎn)換器件應用 ， 需要光電池具有靈敏度高 、 響應時間短等特性 ， 但不必需要像太陽電池那樣的光電轉(zhuǎn)換效率 。 當系統(tǒng)略有偏差時 ， 電路輸出差動信號帶動執(zhí)行機構進行糾正 ， 以此達到跟蹤的目的 。 在 實 際 應 用中 ， 主要利用光電池的光照特性、 光譜特性 、 頻率特性和溫度特性等 ， 通過基本電路與其它電子線路的組合可實現(xiàn)或自動控制的目的 。 無光照時 ， 系統(tǒng)處于某一工作狀態(tài) ， 如通態(tài)或斷態(tài) 。 光電池應用舉例如下： 1．太陽電池電源 太陽電池電源系統(tǒng)主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調(diào)節(jié)控制和阻塞二極管組成。 在待測轉(zhuǎn)速的軸上固定一個涂上黑白相間條紋的圓盤，它們具有不同的反射率。 該組合形式采用了放大三極管構成的高傳輸效率的光電耦合器，適用于直接驅(qū)動和較低頻率的裝置中。我國也能生產(chǎn) 512 320像元的面型 CCD圖像傳感器。 光柵報時鐘 二相驅(qū)動 輸出寄存器 檢波二極管 視頻輸出 垂直轉(zhuǎn)移 寄存器 感光區(qū) 二相驅(qū)動 (c) 圖 (c)所示結構是用得最多