【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 般不得超過(guò) 5V，否則可能引起二極管反向擊穿。 圖 8－ 22 砷化鎵發(fā)光二極管伏安性 光電耦合器輸出、入電流間線性關(guān)系較差，因而不宜作運(yùn)算電路，但可以廣泛應(yīng)用于電平轉(zhuǎn)換、電路隔離、固態(tài)繼電器及無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等控制電路中。 2． 光電轉(zhuǎn)速計(jì) 圖 8－ 24是光電轉(zhuǎn)速計(jì)原理圖和計(jì)數(shù)輸出電路。這里的光源可以是自熾燈泡，光電轉(zhuǎn)換器是一只光敏晶體管。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光通過(guò)遮光盤上的透光孔照射到光敏晶體管 3DU33上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng) 4069反向器整形輸出電脈中，根據(jù)電脈沖的個(gè)數(shù)就知道旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。 圖 8－ 24 光電轉(zhuǎn)速計(jì) （ a）原理圖 （ b）電路圖 3． 反射式固體表面粗糙度計(jì) 圖 8－ 25是固體表面粗糙度計(jì)原理圖。光源發(fā)出一定照度的光入射到被測(cè)固定的表面上，一部分被表面吸收，一部分反射到光電池上；被測(cè)表面越光滑，反射到光電池上的光越強(qiáng)，光電池輸出電壓越大。根據(jù)電壓表指示的電壓數(shù)，就可以判斷被測(cè)表面的粗糙度。 圖 8－ 25 固體表面粗糙度計(jì) 4． 透射式薄膜厚度計(jì) 圖 8－ 26是薄膜厚度計(jì)原理圖。光源發(fā)出一定照度的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡調(diào)制成平行光束，垂直入射到被測(cè)薄膜上，一部分被薄膜吸收和反射，一部分穿過(guò)薄膜出射到光電池上；薄膜越薄，出射光越強(qiáng)，光電池輸出電壓越大。根據(jù)這種原理，不但可以用于檢測(cè)薄膜的厚度，印刷機(jī)紙張監(jiān)控，還可以檢測(cè)液體的混濁度，或氣體和固體的透明度。 圖 8－ 26 薄膜厚度計(jì) 5． 紅外遙控器 紅外遙控器在現(xiàn)代工業(yè)控制和家用電器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。紅外遙控器由紅外遙控信號(hào)發(fā)射器、紅外遙控信號(hào)接收器、遙控指令編碼器等部分組成。紅外遙控信號(hào)發(fā)射器電路如圖 8－ 27所示。 圖 8－ 27 紅外信號(hào)發(fā)生器電路圖 紅外遙控信號(hào)發(fā)射器 由鍵盤矩陣、 M50642AP集成電路信號(hào)發(fā)生器、陶瓷諧振器、砷化鎵紅外發(fā)光二極管等組成， M50642AP集成 信號(hào)發(fā)生器 主要由鍵輸入編碼電路、鍵位掃描脈沖電路、鍵命令譯碼電路、多重鍵判別電路、定時(shí)器電路、振蕩電路、編碼調(diào)制電路和輸出緩沖電路等組成。 圖 8－ 28是紅外遙控信號(hào)接收器應(yīng)用電路 ， 由光敏二極管和 CX20226集成電路組成 。 集成電路內(nèi)部設(shè)置有放大電路 、 整形電路 、 濾波電路及限幅電路等 。 紅外遙控信號(hào)發(fā)射器發(fā)射出的遙控信號(hào) ， 被紅外信號(hào)接收器接收后 ， 調(diào)理成二進(jìn)制數(shù)字脈沖由腳 7輸出 ， 再送入遙控器接口電路 。 紅外遙控器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 紅外遙控器在室內(nèi)使用時(shí)，由于近紅外光波具有可見光的反射特性，紅外信號(hào)發(fā)射器發(fā)射的紅外光波，可以通過(guò)室內(nèi)的墻壁反射到紅外信號(hào)接射器的光敏二極管上，因而發(fā)射器不必對(duì)準(zhǔn)接收器 ，這樣可以提高遙控的方便性，特別適合于家用電器的遙控。 圖 8－ 28 紅外信號(hào)接收器電路圖 ? 一、常用光電器件及工作原理 ? 無(wú)光照 高阻 ? 有光照 電阻 光照越強(qiáng) 電阻 ? p N 無(wú)光照 無(wú)光生電勢(shì) 有光照 ? 產(chǎn)生光生電勢(shì) p+ n 或光生電流 ? 光照越強(qiáng) 光生電勢(shì) 光生電流 ? I 反偏工作 無(wú)光照 高阻 ? 有光照 在 pn結(jié)電場(chǎng)、外 ? 加電場(chǎng)共同作用下，形成光電流 ? I 無(wú)光照 基極開路 暗電流小 ? 有光照 產(chǎn)生光生電流 Ib 集電 ? 極電流 IC＝ β 倍光生電流 ? 二、光譜特性 ? 光敏電阻－光電流對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的相對(duì)靈敏度，制成 ? 光敏電阻的材料不同，靈敏度不同。 ? 光電池－ 光生電勢(shì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的敏感程度。 ? 光敏管－ 光電流對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的敏感程度。 ? 三、光照特性 ? 光敏電阻－偏壓一定時(shí)，光電流 I與光照強(qiáng)度 E的關(guān)系。 ? E愈大， I愈大，非線性。 ? 光電池－ 光生電勢(shì) U或光生短路電流與光照強(qiáng)度 E的關(guān)系。 ? E愈大， U愈大，非線性。 E愈大， I愈大，線性。 ? 適于作電流源 負(fù)載電阻小的場(chǎng)合。 ? 光敏管－光電流 I與光照強(qiáng)度 E的關(guān)系。 E愈大， I愈大，硅 ? 光敏二極管近似線性；硅光敏三極管非線性。光 ? 照較大時(shí)，光電流 I趨于飽和。 四 ? 四、伏安特性 ? 光敏電阻－光照強(qiáng)度一定時(shí)，其端電壓 U與光電流 I的關(guān)系。 ? U愈大， I愈大，線性關(guān)系。有最大允許功耗、 ? 最大允許電壓參數(shù)要求。 ? 光敏管－一定照度下，光敏二極管反向偏壓與偏流關(guān)系。 ? 兩者關(guān)系不大，近似恒流。二極管零偏壓下有暗 ? 電流； 光敏三極管集射間電壓與集電極電流的 ? 關(guān)系。近似恒流，有死區(qū)電壓。 ? 五、頻率特性 ? 光敏電阻－光電流 I與入射光調(diào)制頻率 f的響應(yīng)特性。 ? f愈高， Kr電流相對(duì)靈敏度愈低，光照愈強(qiáng)，響 ? 應(yīng)時(shí)間愈短。 ? 光電池－光電池輸出電流與入射光調(diào)制頻率 f的關(guān)系特性。 ? 硅管頻率特性好于鍺管。 ? 光敏管－輸出電流 I與入射光調(diào)制頻率 f的響應(yīng)特性。 ? 光敏二極管是半導(dǎo)體光敏器件中最好的，負(fù)載電 ? 阻愈大， 頻率特性愈差，硅管好于鍺管。 ? 六、溫度特性 ? 光敏電阻－工作特性受溫度影響特性。 T ， 暗電阻 ， ? 暗電流 ，敏感光波長(zhǎng) 左移。 ? 光電池－開路電壓 U、 或短路電流 I隨溫度變化的關(guān)系。 T ? U ， 3mv/度， I , 2μ A/度，須恒溫，或溫度 ? 補(bǔ)償。 ? 光敏管－輸出電流與溫度變化關(guān)系。 T ， 暗電流 ， ? 高溫低照度下，暗電流大，亮電流小，信噪比下 ? 降，須降溫或溫度補(bǔ)償。 T 對(duì)亮電流影響不大。 第二節(jié) 光柵傳感器 光柵傳感器是用于測(cè)位移的光電傳感器 。光透過(guò)光柵照射到光電器件上，根據(jù)光柵的莫爾條紋現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)角位移或線位移的測(cè)量。用來(lái)測(cè)量角位移的光柵稱作圓光柵，用來(lái)測(cè)量直線位移的光柵稱作直光柵，其工作原理是一樣的，這里僅介紹直線位移光柵傳感器。 一、莫爾條紋 1． 光柵 光柵又稱光柵尺 ，光柵尺是由在光學(xué)玻璃上面均勻刻有許多線條，形成規(guī)則排列的透光和不透光的明暗條紋所組成，如圖 8－ 29所示。 圖中 m 為暗條（不透光條）寬度， n 為亮條（透光條）寬度， W = m + n 稱之為光柵的柵距或光柵常數(shù) 。通常，即亮條和暗條具有相同的寬度，亮條（或暗條）密度有每毫米 2 50、 100線 /mm等。 圖 8－ 29 直光柵尺 2． 莫爾條紋形成 把光柵常數(shù) W 相等的兩光柵尺相對(duì)疊合在一起，并使兩光柵尺柵條之間保持很小的夾角β ，如圖 8－ 30（ a）所示， 在與柵條近乎垂直的方向出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱之為莫爾條紋。圖中在 a－ a線上的兩光柵尺重合，光線可從其縫隙中透過(guò)，形成亮帶；在 b－ b線上，兩光柵尺彼此錯(cuò)開，擋住光線通過(guò)，形成暗帶。 圖 8－ 30（ a） 莫爾條紋的形成 ???WWOBOCBH ???? 222s i n 由圖 8－ 30（ b）可求出 莫爾條紋的間距 BH與光柵常數(shù)的關(guān)系 為 由圖 8－ 30（ b） 還可求出 α =β / 2 ， 由于角很小 ， 即莫爾條紋的方向與 x方向夾角很小 ， 因而莫爾條紋的方向近乎垂直于直光柵尺的柵條 。 （ 8－ 1） 圖 8－ 30（ b）莫爾條紋的間距 3． 莫爾條紋的主要特性 （ 1） 莫爾條紋的間距對(duì)光柵常數(shù) W 具有放大作用 由式 （ 8－ 1） 可知 ， 由于形成莫爾條紋的兩光柵尺的夾角β 1rad ， 即 BH 等于 1/ β 倍的 W 。 例如 ， 當(dāng) W= ，β = ， 則 BH=2mm， 將 W放大了 100倍 。 （ 2） 莫爾條紋具有消除光柵尺局部缺陷引起的誤差 由于光柵尺在制作時(shí)工藝的分散性 ， 難免有的光柵尺的柵條或柵條間距存在著局部缺陷 ， 但這些缺陷不會(huì)引起莫爾條紋的誤差 。因?yàn)樵跍y(cè)量時(shí) ， 光電元件上接收到的光信號(hào) ， 是透過(guò)眾多柵條形成亮帶的光信號(hào) ， 光柵尺的局部缺陷對(duì)亮帶透光量影響極小 。 （ 3） 莫爾條紋的移動(dòng)大小和方向可以反映兩光柵尺相對(duì)移動(dòng)大小和方向