【正文】 的一種結(jié)構(gòu)形式。行掃描電路將光敏元件內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉(zhuǎn)移到輸出二極管，輸出信號由信號處理電路轉(zhuǎn)換為視頻圖像信號。 當(dāng)轉(zhuǎn)移完畢 ,轉(zhuǎn)移柵電壓降低 ,梳妝電極電壓回復(fù)原來的高電壓狀態(tài) ,準(zhǔn)備下一次光積分周期 。然后 ， p3的電位升高 ， P2回到低電位 ， 電荷包從 P2下轉(zhuǎn)到 P3下的勢阱 （ t=t3） ， 以此控制 ， 使 P1下的電荷轉(zhuǎn)移到P3下 。 對于 N型硅襯底的 CCD器件 ， 電極加正偏壓時 ， 少數(shù)載流子為空穴 。 第七節(jié) CCD光電傳感器 二、光固態(tài)圖象傳感器 光固態(tài)圖象傳感器由 光敏元件陣列 和 電荷轉(zhuǎn)移器件集合而成 。其輸出信號為 0。 一般來說 ， 光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差 。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。由于鍺管的暗電流比硅管大 ， 因此鍺管的性能較差 。 當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時 ,會產(chǎn)生電子 空穴對 ,在內(nèi)電場的作用下 ,光生電子被拉到集電極 ,基區(qū)留下空穴 ,使基極與發(fā)射極間的電壓升高 ,這樣便有大量的電子流向集電極 ,形成輸出電流 ,且集電極電流為光電流的 β倍。 P N 光 光敏二極管符號 RL 光 P N 光敏二極管接線 光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小。 其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管 。 若將 PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來 ， 電路中有電流流過 ， 電流的方向由 P區(qū)流經(jīng)外電路至 N區(qū) 。 ?硅光電池價格便宜 ， 轉(zhuǎn)換效率高 ， 壽命長 ， 適于接受紅外光 。C 20 186。 光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下，幾乎是 無限長 的。 I/ μA （ 5）頻率特性 當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。從圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。也就是說，暗電流越小，光電流越大，這樣的光敏電阻的靈敏度越高。 光敏電阻具有 很高的靈敏度 ， 很好的光譜特性 ，光譜響應(yīng)可從紫外區(qū)到紅外區(qū)范圍內(nèi) 。 5陶瓷基座 。 ?ch? ? 光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖 。以 PN結(jié)為例，光線照射 PN結(jié)時，設(shè)光子能量大于禁帶寬度 Eg，使價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內(nèi)電場的作用下，被光激發(fā)的電子移向 N區(qū)外側(cè)，被光激發(fā)的空穴移向 P區(qū)外側(cè)，從而使 P區(qū)帶正電， N區(qū)帶負(fù)電，形成光電動勢?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功 ，即每一個物體都有一個對應(yīng)的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。 光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類 外光電效應(yīng) 在光線的作用下 ， 物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象 稱為外光電效應(yīng) 。穴帶中的一個電子可以吸收外界能量而躍遷到導(dǎo)帶中去，在價帶中形成一個空穴。把 EC與 EV之差記作 Eg，稱為禁帶寬度或帶隙。固體物理學(xué)告訴我們，單晶中各個原子的最外層軌道是互相重疊的，這樣就使分立的能級變成了能帶。在各個原子之間保持一定的距離，是由于在各原子之間存在著互相作用力的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)合力就是共價鍵。在 EC和 EV之間是不可能有電子的，故稱為禁帶?？瘴坏淖饔煤孟笠粋€帶正電的粒子，在半導(dǎo)體物理學(xué)上把它叫作空穴。 光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng) 。 ?光電子能否產(chǎn)生 ， 取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功 A0。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為 光電導(dǎo)效應(yīng) 和 光生伏特效應(yīng) 兩類： （ 1）光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng) 。 接觸的半導(dǎo)體和 PN結(jié)中，當(dāng)光線照射其接觸區(qū)域時，便引起光電動勢， 這就是結(jié)光電效應(yīng)。 一種光電導(dǎo)體 ， 存在一個照射光的波長限 λC， 只有波長小于 λC的光照射在光電導(dǎo)體上 ， 才能產(chǎn)生電子在能級間的躍遷 ， 從而使光電導(dǎo)體電導(dǎo)率增加 。 4電極 。 如果把光敏電阻連接到外電路中 ， 在外加電壓的作用下 ， 用光照射就能改變電路中電流的大小 ， 其連線電路如圖所示 。 光敏電阻的暗電阻越大，而亮電阻越小則性能越好。 0 1 2 3 4 5 I/mA L/lx 1000 2022 （ 3）光譜特性 光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)。超過最高工作電壓和最大額定電流 ， 可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞 。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點。C 20 40 60 80 100 0 λ/μm I/mA +20 186。 目前 ,應(yīng)用最廣 、 最有發(fā)展前途的是硅光電池 。 當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時 ， 如果光子能量足夠大 ， 將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子 空穴對 ， 在 N區(qū)聚積負(fù)電荷 ， P區(qū)聚積正電荷 ，這樣 N區(qū)和 P區(qū)之間出現(xiàn)電位差 。 按結(jié)構(gòu)分 ， 有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分 。光敏二極管在電路中一般是處于 反向工作狀態(tài) ， 如圖所示 。當(dāng)集電極加上正電壓 ,基極開路時 ,集電極處于反向偏置狀態(tài)。鍺的峰值波長為 15000197。它給出了光敏三極管的輸出電流 I 和照度之間的關(guān)系。 光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響 ， 減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng) 。 當(dāng)帶材處于平行光束的中間位置時，電橋處于平衡狀態(tài)。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。 其中的少數(shù)載流子 （ 電子 ）被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi) （ 如圖中Ф1極下 ） ， 形成電荷包 （ 勢阱 ） 。 當(dāng) P1極施加高電壓時 ， 在 P1下方產(chǎn)生電荷包 （ t=t0） ；當(dāng) P2極加上同樣的電壓時 ， 由于兩電勢下面勢阱間的耦合 ， 原來在 P1下的電荷將在 P P2兩電極下分布 （ t=t1） ；當(dāng) P1回到低電位時 ， 電荷包全部流入 P2下的勢阱中 （ t=t2） 。 然后 ,降低梳狀電極電壓 ， 各光敏元件中所積累的光電電荷并行地轉(zhuǎn)移到移位寄存器中 。 圖 (a)所示結(jié)構(gòu)由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。 該 CCD結(jié)構(gòu)具有單元密度高 、電極簡單等優(yōu)點 ， 但增加了存儲器 。 目前，面型 CCD圖像傳感器使用得越來越多，所能生產(chǎn)的產(chǎn)品的單元數(shù)也越來越多，最多已達(dá) 1024 1024像元。 該形式采用高速開關(guān)管構(gòu)成的高速光電耦合器 ,適用于較高頻率的裝置中。 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。 這一類光電池需要特殊的制造工藝 ， 主要用于光電檢測和自動控制系統(tǒng)中 。 光電池在檢測和控制方面應(yīng)用中的幾種基本電路 BG2 BG1 +12V C J R1 R2 (b) 光電開關(guān) 圖 (b)所示電路為光電開關(guān) ， 多用于自動控制系統(tǒng)中 。 220V C1 路燈 CJD10 8V 200μ F 200μ F C2 C3 100μ F R1 R3 R5 R7 R4 R6 R7 R2 J 470kΩ 200kΩ 10kΩ BG1 280kΩ 25kΩ 57kΩ 10kΩ 路燈自動控制器 BG2 BG3 BG4 2CR