【文章內(nèi)容簡介】 riode） 原理：光敏二極管（ bc結(jié)） + 三極管 特點： ? 光照特性：靈敏度高于光敏二極管，非線性，不如光電二極管。 ? 光譜特性：單峰性 應(yīng)用：（ 開關(guān)元件 ）光電鼠標(biāo)接收器、打印機打印頭位置傳感器、 光電耦合器、車速傳感器、紅外遙控器 注意 ： ? a) 電路連接 ? b) 入射光角度限制 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 連接方式： ?(a)開路電壓輸出：非線性 (電壓 光強 )，靈敏度高 ?(b)短路電流輸出 :線性好 (電流 光強 ) ，靈敏度低 特性：光譜特性 ?硅電池： ~( 紅 紅外 )，峰值 μm( 近紅外 ) ?鍺電池： ~( 紫 紅 )，峰值 μm( 綠 ) 特點：有源器件，無污染，輕便、簡單、 動態(tài)特性好（硅）， 工作于可見光波段 太陽能電池 (3) 光電池 原理： 光 → PN結(jié)（無偏置） → 電子遷移 電子 → N, 空穴 → P → 電動勢 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 ? (4) PIN結(jié)光電二極管（ PINPD） ? 結(jié)構(gòu)： PN + I ? I 高電阻率的本征半導(dǎo)體（厚） ? PN結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小 ? 特點： ? 頻帶寬，可達(dá) 10GHz，響應(yīng)速度快， ? 靈敏度高， ? 線性輸出范圍寬， 線性好 ? 輸出電流?。〝?shù)微安），電阻很大 ? 應(yīng)用：用于光通訊，光測量 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 27 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 ? (5) 雪崩光電二極管 ?雪崩效應(yīng) ： 工作電壓很高（ 100～ 200V） ，接近于反向擊穿電壓。 結(jié)區(qū)內(nèi)電場極強，光生電子得到極大加速，同時與晶格碰撞，從而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。 ?特點： ?有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百， 靈敏度高 ?響應(yīng)速度特別快，帶寬可達(dá) 100GHz，是目前最快的一種光電二極管 ?噪聲大（隨機），線性差 ?應(yīng)用：用于光通訊、脈沖編碼 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 28 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 ? (6) 陣列式結(jié)型光電器件 ?構(gòu)成： 利用集成電路技術(shù) , 使幾百個光電二極管或光電池排成一行，集成在一塊集成電路片子上，即成為陣列式的一維光電器件。 ?特點：光敏元密集度大，總尺寸小，容易作到各單元多數(shù)一致，便于信號處理 ?應(yīng)用：可用來辨別光點移動的方向 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 29 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 ? (7) 位置敏感器件 （ PSDPositional Sensitive Device） ? 原理： ? 光 → 光電二極管 → 空穴由 N向 P移動 ? 空穴 →1端 →I1 空穴 →2端 →I2 ? 比值： ? （ 8） 四象限光電池 ? 原理： ? 集成 4光電池 四象限 ? 光斑 →4分量 →I1 、 I2 、 I3 、 I4 ； ? 比值： ? 應(yīng)用：二維位置檢測 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 30 121221 /// xxRRII ??3241IIIIx???4321IIIIy???Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 內(nèi)光電效應(yīng)及其器件 ?說明：對于各種光電元件： ?（ 1）暗電流：無光照時輸出電流 → 熱噪聲 ?（ 2）溫度特性：溫度 → 靈敏度、光譜特性 →降溫、恒溫、溫度補償 ?（ 3）器件材料： 硅 好于 鍺 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 31 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 本章內(nèi)容 ? 光電傳感器概述 ? 常用光源 ? 光電效應(yīng)及光電元件 ? 光電編碼器 ? 光柵傳感器 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 32/108 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 絕對式光電編碼器 ? 1. 概述 ? 組成： ?光源： LED → 光學(xué)系統(tǒng) → 平行光 → 投影 ?碼盤：光學(xué)玻璃，透光 /不透光，同心圓環(huán) ，碼道 ? 光電元件 ：硅光電池，光電晶體管，每個碼道對應(yīng)一個光電元件 ? 原理： ? 平行光源 → 碼盤 → 光電元件 → 電信號輸出 ? 任意角位置：每個碼道： ? 透光 =1/不透光 =0 ? 多個碼道 0101絕對碼； ? 外圈碼道 低位，變化快； ? 內(nèi)圈碼道 高 位，變化慢； 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 33 日本 OMRON Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 絕對式光電編碼器 ? 碼盤： ? 透光 /不透光 → 照相腐蝕 ? 分度準(zhǔn)確、陰暗交替邊緣陡峭（工藝、材質(zhì)） ? 光電元件：滯后 → 響應(yīng)速度 ? 測量電路： ? 放大 → 足夠電平 ，驅(qū)動 ? 整形 → 接近理想方波 ? 細(xì)分 → 提高分辨率（光學(xué) +電路） ? 角度分辨率：碼道數(shù) ? ? 分辨率 ? ? 變碼器 位數(shù) ? 提高精度 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 34 n2360 ??? n 碼道數(shù) 增加碼道 ? 增大碼盤尺寸 ? 有限 光學(xué)細(xì)分 ? 附加碼道 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 例： 19位光電編碼器 :14位內(nèi)碼道 + 1位專用附加碼道360/214=? → 19 位 ??? 附加碼道：周期與內(nèi)碼道最低位 (最外 )對應(yīng) 光電元件： 兩個，相距 1/4周期 → 正弦波 +余弦波 電路處理： 插值、移相 → 過零脈沖 → 細(xì)分 → 16正弦波 → 32個等分點 → 5附加位 角分辨率 ： α=360 186。/219=” 絕對式光電編碼器 Faculty of Mechanical amp。 Electrical Engineering 絕對式光電編碼器 現(xiàn)代傳感器技術(shù) 36 2. 編碼碼制 十進制碼： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二進制碼： 0000 0001 0010 0011 0100 格 雷 碼：循環(huán)碼， 簡單，直觀，不易電路處理 簡單，易于后續(xù)電路和計算機處理。 多位碼同時動作 → 同步誤差 → 錯碼 0