半導體傳感器教學課件ppt-資料下載頁
2025-04-14 00:04本頁面
【正文】 80..500 mm 模擬輸出： 4線 (0..20 mA, 4..20 mA, 0..1 V, 0..10 V) 2,5 % rh 精度 更快的 響應時間 即使長期暴露在冷凝液中也 不會腐蝕 可能不需鹽溶液調節(jié) 第 11章 半導體傳感器 ? 半導體色敏傳感器是一種半導體光敏器件，工作原理基于 內光電效應 ，可將光信號轉換為電信號的光輻射探測器。 ? 一般光電器件是檢測在一定波長范圍內的光強度或光子數(shù)目。而色敏器件可以直接測量從 可見光到近遠紅外波段內單色輻射波長。 ? 半導體色敏傳感器相當于兩只結構不同的光電二極管，實際不是晶體管而是兩個深淺不同的PN結，又稱光電雙結二極管。 色敏傳感器 圖 118 半導體色敏傳感器的結構原理和等效電路 1. 光電二極管的工作原理 對于用半導體硅制造的光電二極管，當受光照射時，若入射光子的能量 hυ 大于硅的禁帶寬度 Eg，則光子就激發(fā)價帶中的電子躍遷到導帶，而產生一個電子 空穴對。這種吸收光子的過程稱為 本征吸收 ，硅的本征吸收系數(shù)隨入射光波長變化的曲線如圖 1110所示。圖中實線和虛線分別表示不同開爾文溫度下的響應曲線。由圖可見，在 紅外部分吸收系數(shù)小，紫外部分吸收系數(shù)大。這就表明，波長短的光子衰減較快，穿透深度較淺，而波長長的光子則能進入硅的較深區(qū)域。 圖 1110 硅的本征吸收系數(shù)隨入射光波長變化的曲線 對于光電器件而言，還常用 量子效率 來表征光生電子流與入射光子流的比值大小。其物理意義是 單位時間內每入射一個光子所引起的流動電子數(shù)。 根據(jù)理論計算可以得到 P區(qū)在不同結深時量子效率隨波長變化的曲線，如圖 1111所示。 圖 1111 量子效率隨波長變化的曲線 圖中， xj即表示結深。淺的 PN結有較好的藍紫光靈敏度，深的 PN結則有利于紅外靈敏度的提高，半導體色敏器件正是利用了這一特性 第 11章 半導體傳感器 ? 淺 P+N結的光電二極管對紫外光靈敏度高， ? 深 PN結的光電二極管對紅外光靈敏度高； ? 波長短的光子衰減快，穿透深度淺，波長長的光子衰減較慢，能穿透硅片較深區(qū)域。 ? 這一特征為色敏器件提供了識別顏色的可能。 色敏傳感器工作原理 在具體應用時，應先對該色敏器件進行標定，即測定在不同波長的光照射下，該器件中兩只光電二極管 短路電流的比值ISD2/ISD1。 ISD1是淺結二極管的短路電流，它在短波區(qū)較大。ISD2是深結二極管的短路電流，它在長波區(qū)較大。因而兩者的比值與入射單色光波長的關系就可以確定。 圖 1112示出了不同結深二極管的光譜響應曲線。圖中VD1代表淺結二極管， VD2代表深結二極管。 半導體色敏傳感器的基本特性 1. 光譜特性 光譜特性表示半導體色敏器件所能檢測的波長范圍。圖1113(a)給出了國產 CS1型半導體色敏器件的光譜特性，其波長范圍是 400～ 1000 nm。 2. 短路電流比 波長特性 短路電流比 波長特性表征半導體色敏器件對波長的識別能力，是賴以確定被測波長的基本特性。上述 CS1型半導體色敏器件的短路電流比 波長特性曲線示于圖 1113(b)中。 3. 溫度特性 由于半導體色敏器件測定的是兩只光電二極管的短路電流之比，而這兩只光電二極管是做在同一塊材料上的，具有相同的溫度系數(shù)，這種內部補償作用使半導體色敏器件的短路電流比對溫度不十分敏感，因此通常可不考慮溫度的影響。 第 11章 半導體傳感器 色敏傳感器 色敏傳感器檢測電路框圖 要識別色彩，必須獲得兩只光電二極管的短路電流比，故采用對數(shù)放大器電路。在電流較小的時候，二極管兩端所加的電壓和流過的電流之間存在近似對數(shù)關系，即 OP OP2的輸出分別跟 lnISD lnISD1成比例，由 OP3輸出它們的差，計算公式為 輸出正比于短路電流比 ISD2/ISD1的對數(shù)。其中， C為比例常數(shù)。將電路輸出電壓經(jīng) A/D變換、 處理后即可判斷出與電平相對應的波長 (即顏色 )。 ???????????S D 1S D 2S D 1S D 2o ln)ln( l n IICIICU第 11章 半導體傳感器 本章要點 ? 氣敏傳感器，半導體氣敏傳感器類型及 結構，電阻型半導體氣敏傳感器、非電 阻型半導體氣敏傳感器工作原理及應用 方法； ? 濕敏傳感器， 氯化鋰濕敏電阻、半導體 陶瓷濕敏電阻測濕原理； ? 色敏傳感器工作機理。 思考題與習題 111 簡述氣敏元件的工作原理。 112 濕敏元件有哪些類型？各有什么特點？ 113 根據(jù)半導體色敏傳感器的結構和等效電路，試述其工作原理。 114 半導體色敏傳感器為什么不利用單個光敏二極管的光譜特性測量單色光譜，而是用兩個光敏二極管的短路電流比作為單色光譜的標定曲線？
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