光敏傳感器及應(yīng)用本科畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-15 20:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以進(jìn)行其他非電量進(jìn)行檢測(cè)。猶如光電耦合器件，就是讓發(fā)光器件和光敏器件一起，對(duì)傳導(dǎo)的光進(jìn)行放大處理，然后進(jìn)行傳導(dǎo)。在光通訊，光電信息的的處理中，光敏傳感器成為重要的組成部分，成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的傳感器。最簡(jiǎn)單的光敏傳感器就是光敏電阻。他的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，當(dāng)光子照射在兩個(gè)電極蛇形結(jié)合處時(shí)會(huì)產(chǎn)生光生載流子，阻值隨光照變化。3 光敏傳感器的工作原理在眾多光敏傳感器中，要完成光和電轉(zhuǎn)換，必然有光電效應(yīng)的發(fā)生。光電效應(yīng)有兩種：內(nèi)光電效應(yīng)與外光電效應(yīng)。光敏傳感器采用后者。即在有光照的發(fā)生時(shí)，光敏傳感器的導(dǎo)電性發(fā)生了變化。光敏三極管和二極管是基于半導(dǎo)體 PN 結(jié)的原則進(jìn)行。光敏電阻基于半導(dǎo)體在光照時(shí)產(chǎn)生光生載流子的感光原理，隨著入射光強(qiáng)度的變化，電阻阻值也發(fā)生變化，是一個(gè)光控變阻器 光敏電阻原理：光敏電阻是利用內(nèi)光電效應(yīng)開(kāi)發(fā)的一種光敏傳感器。一般采用增加受光面積的方法來(lái)提高靈敏度，中間做成蛇形分界線。表面用塑膠做成保護(hù)層，底部采用陶瓷基板作為絕緣體。常用于做光敏電阻的材料主要是硫（S）化物、碲（Td）化物、硒（Sd ）化物等半導(dǎo)體。光敏電阻的感光波長(zhǎng)在 380～780nm 之間，與人的4視力頻譜約吻合。工作原理是由光子激發(fā)半導(dǎo)體材料產(chǎn)生電子空穴對(duì)，即光生載流子，在外加電壓的情況下做定向移動(dòng)。光敏電阻的阻值大小取決于光生載流子的數(shù)目，光敏電阻級(jí)性和普通電阻一樣，不分正負(fù)極。相當(dāng)于一個(gè)由光控制阻值大小的滑動(dòng)變阻器，所以可在直流電壓環(huán)境工作也可以在交流電壓環(huán)境工作。圖 2 光敏電阻的工作原理光譜范圍：包括可見(jiàn)光，對(duì)紅外線和紫外線不敏感。優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，體積小，性能穩(wěn)定，價(jià)格較低。工作特性：阻值大小與光照強(qiáng)度成反比。光敏電阻的性能參數(shù)：光敏電阻也有一定的阻值范圍。不同型號(hào)的光敏電阻阻值范圍受制作材料，受光面積等因素的影響。在通常情況下，光敏電阻最大值在兆歐級(jí)，最小值在千歐以內(nèi)。光敏電阻的伏安特性：圖 3 伏安特性曲線(1) 在同等光照條件下，電壓與電流成正比關(guān)系，I=U/R。(2) 在同等光照下，U－Ｉ曲線是一條直線，說(shuō)明電阻值是恒定的，即只與光照5強(qiáng)度有關(guān)。(3)在電壓一定上網(wǎng)條件下，開(kāi)始光照從無(wú)到逐漸增強(qiáng)的過(guò)程中，電流的隨之變大。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)，電流不再增加，既達(dá)到飽和。 光敏二極管光敏二極管是最常用的紅外光敏二極管，是紅外光線極為敏感。在結(jié)構(gòu)的光敏二極管和普通二極管相似，PN 結(jié)光敏感的特性。因此，受光照影響電導(dǎo)率。光敏二極管具有單向?qū)?，所以反向電壓可用于正常運(yùn)行。在光照條件下光敏二極管，也是反向電流很小的飽和，稱為暗電流，此時(shí)二極管截止。當(dāng)光輻射，飽和反向電流急劇增加，形成光電流，其大小由光強(qiáng)和光的強(qiáng)度變化控制。光電特性曲線如圖 4：50 40 30 20 10 00 （v）光電流（ma） 溫度 25C176。2022lx3000lx4000lx6000lx圖 4 光敏二極管光電特性曲線二極管的 PN 結(jié)對(duì)光特別敏感，當(dāng)光的 PN 結(jié)，由于光子對(duì)電子的影響，PN 結(jié)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使載流子數(shù)量增加，這些載流子在電場(chǎng)力的作用下做定向漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)反向電流。因此，光照強(qiáng)度影響電路中的電流變化，無(wú)光時(shí)截止，有光時(shí)導(dǎo)通。 光敏三極管光敏三極管根據(jù)內(nèi)部構(gòu)造不同分為 PNP 和 NPN 兩種。但實(shí)際應(yīng)用比較少，工作原理和普通三極管相類似，有著對(duì)電流的放大作用，它對(duì)電流放大受兩個(gè)變量的控制，一個(gè)控制變量是基極路，一個(gè)控制變量是外界光照輻射。在一般情況下基級(jí)1000lx6電極不做引出，但也有特殊的情況下引出作為其他控制量。由于光敏三極管特殊光電特性，光照強(qiáng)度與器件的電流電阻之間的關(guān)系也不同，它的光電特性曲線比較變化明顯，即隨光照強(qiáng)度的變化電阻電流變化迅速，光電特性曲線如圖 5 和圖 6 所示： 圖 5 三極管光電阻特性曲線 圖 6 三極管光電流特性曲線 4 影響光敏傳感器的主要因素電子元件的運(yùn)行，都受外界環(huán)境和工作環(huán)境的影響，如外界環(huán)境的溫度、濕度、壓強(qiáng)、光照、輻射；內(nèi)部工作環(huán)境的電流、電壓、磁場(chǎng)、電路的穩(wěn)定性。影響光敏傳感器的主要因子有溫度、濕度等。 溫度對(duì)光敏電阻的影響溫度是影響光敏傳感器準(zhǔn)確性的第一要素。對(duì)于普通電阻，溫度的升高會(huì)使電阻阻值變大，這與溫度升高使得電子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)劇烈有關(guān)。同樣，作為光敏傳感中電流產(chǎn)生的載體載流子，在同等光照條件下，載流子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度直接關(guān)系著光敏傳感器的阻值，即通過(guò)光敏的電流大小。溫度越高，光敏傳感器中的載流子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)越劇烈，所以電阻也相應(yīng)變大。圖 7 和圖 8 為不同照度 CdS 光敏電阻在相同光照下不同溫度對(duì)光敏電阻阻值的影響。7 圖 7 溫度對(duì)暗電阻的特性影響 圖 8 溫度對(duì)亮電阻特性影響從上圖可以看出，溫度對(duì)光敏的準(zhǔn)確性影響是很大的。為了降低溫度對(duì)光敏準(zhǔn)確性的影響，需要在一個(gè)溫度相對(duì)恒定的環(huán)境中工作，也可以把溫度傳感器和光敏傳感器組合在一起得出比較精確的結(jié)果。5 光敏傳感器的
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