【正文】 在測(cè)量溶液濃度 、 物體色度、 紙張的灰度等場(chǎng)合 ， 可用該電路作前置級(jí) ， 把微弱光電信號(hào)進(jìn)行線性放大 ， 然后帶動(dòng)指示機(jī)構(gòu)或二次儀表進(jìn)行讀數(shù)或記錄 。當(dāng)光電池受光照射時(shí) ， 產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì) ， 只要光強(qiáng)大于某一設(shè)定的閾值 ， 系統(tǒng)就改變工作狀態(tài) ， 達(dá)到開(kāi)關(guān)目的 。 當(dāng)入射光通量相同時(shí) ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的方式工作或進(jìn)行跟蹤 。如果還需要向交流負(fù)載供電，則加一個(gè)直流－交流變換器，太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)框圖如圖。 目前太陽(yáng)電池發(fā)電成本尚不能與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng) ， 但是隨著太陽(yáng)電池技術(shù)不斷發(fā)展 ， 成本會(huì)逐漸下降 ， 太陽(yáng)電池定將獲得更廣泛的應(yīng)用 。當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。 如果煙道濁度增加 ，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加 ， 到達(dá)光檢測(cè)器的光減少 ， 因而光檢測(cè)器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化 。 該形式采用功能器件構(gòu)成的高速、高傳輸效率的光電耦合器。 2. 光電耦合器的組合形式 光電耦合器的組合形式有多種 ， 如圖 。 三、光電耦合器 光電耦合器是由一發(fā)光元件和一光電傳感器同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件 。接著這一行電荷信號(hào)在讀出移位寄存器中向右移位到輸出器件，形成視頻信號(hào)輸出。它將圖 (b)中感光元件與存儲(chǔ)元件相隔排列。 在水平消隱周期內(nèi) ， 存儲(chǔ)區(qū)的整個(gè)電荷圖像向下移動(dòng) ， 每次總是將存儲(chǔ)區(qū)最底部一行的電荷信號(hào)移到水平讀出器 ，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動(dòng)以視頻信號(hào)輸出 。這種結(jié)構(gòu)易于引起圖像模糊。 轉(zhuǎn)移柵 光積分單元 不透光的電荷轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu) 光積分區(qū) 輸出 轉(zhuǎn)移柵 (a) (b) 線型 CCD圖像傳感器 輸出 3．面型 CCD圖像傳感器 面型 CCD圖像傳感器由感光區(qū) 、 信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成 。 同時(shí) ,在電荷耦合移位寄存器上加上時(shí)鐘脈沖 ,將存儲(chǔ)的電荷從 CCD中轉(zhuǎn)移 ,由輸出端輸出 。 當(dāng)入射光照射在光敏元件陣列上 ,梳狀電極施加高電壓時(shí) ,光敏元件聚集光電荷 ,進(jìn)行光積分 ,光電荷與光照強(qiáng)度和光積分時(shí)間成正比 。 隨著控制脈沖的分配 ， 少數(shù)載流子便從 CCD的一端轉(zhuǎn)移到最終端 。 CCD電荷的注入通常有光注入 、電注入和熱注入等方式 。 如何實(shí)現(xiàn)電荷定向轉(zhuǎn)移呢 ？ 電荷轉(zhuǎn)移的控制方法 ，非常類似于步進(jìn)電極的步進(jìn)控制方式 。 將 MOS陣列加上輸入 、輸出端 ， 便構(gòu)成了 CCD。 它的核心是 電荷轉(zhuǎn)移器件 CTD(Charge Transfer Device),最常用的是電荷耦合器件 CCD(Charge Coupled Device)。 圖 (a)是在待測(cè)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(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。當(dāng)帶材向左偏移時(shí)遮光面積減少，角矩陣反射回去的光通量增加，輸出電流信號(hào)為 +△ I；帶材向右偏移時(shí)．光通量減小，輸出電流信號(hào)為－ △ I，這個(gè)電流變換由放大器放大，作為控制電流信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)糾正帶材的偏： 光電式轉(zhuǎn)速表 分類：透射式和反射式兩種。 白幟燈 l所發(fā)出的光經(jīng)過(guò)雙凸透鏡 2會(huì)聚，然后由半透反射鏡 3反射使光路折轉(zhuǎn)90度，經(jīng)半凸透鏡 4會(huì)聚后成平行光束。 對(duì)于鍺管 ， 入射光的調(diào)制頻率要求在 5kHz以下 。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大．所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。當(dāng)光照足夠大 (幾 klx)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開(kāi)關(guān)元件。 光敏三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào) ， 而且輸出的電信號(hào)較大 。故在可見(jiàn)光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí) ， 一般選用硅管；但對(duì)紅外線進(jìn)行探測(cè)時(shí) ,則采用鍺管較合適 。 （ 1）光譜特性 相對(duì)靈敏度/% 硅 鍺 入射光 λ/197。 P P N N N P e b b c RL E e c 光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng) 。 2. 光敏三極管 光敏三極管有 PNP型和 NPN型兩種，如圖。反向電流也叫做 暗電流 ．當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。 鍺光敏二極管有 A， B， C， D四類；硅光敏二極管有 2CU1A～ D系列 、 2DU1～ 4系列 。 國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為 2CU和 2DU兩種系列。 光生電勢(shì)與光電池相同 ， 但輸出電流普遍比光電池小 ， 一般為幾 μA到幾十 μA。 若將外電路斷開(kāi) ， 就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì) 。 光電池的示意圖 硅光電池的結(jié)構(gòu)如圖所示 。 ?硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、 壽命短 ， 適于接收可見(jiàn)光 (響應(yīng)峰值波長(zhǎng) )， 最適宜制造照度計(jì) 。 命名方式： 把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池 (或太陽(yáng)能電池 )之前 。C 二、光電池 光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件 。 例如 ， 可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低 。 （ 7）溫度特性 其性能 (靈敏度 、 暗電阻 )受溫度的影響較大 。 但在人為地加溫 、 光照及加負(fù)載情況下 ， 經(jīng)一至二周的老化 ， 性能可達(dá)穩(wěn)定 。由于不同材料的光敏 20 40 60 80 100 I / % f / Hz 0 10 102 103 104 電阻 時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如圖。 在一定的光照度下 ， 所加的電壓越大 ， 光電流越大 ， 而且無(wú)飽和現(xiàn) 50 100 150 200 1 2 U/V 0 20 40 象 。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來(lái)考慮，才能獲得滿意的效果。因此它不宜作定量檢測(cè)元件 ， 這是光敏電阻的不足之處 。 實(shí)用的光敏電阻的暗電阻往往超過(guò) 1MΩ,甚至高達(dá)100MΩ，而亮電阻則在幾 kΩ以下，暗電阻與亮電阻之比在 102～ 106之間，可見(jiàn)光敏電阻的靈敏度很高。 此時(shí)流過(guò)的電流 。 而且體積小 、重量輕 、 性能穩(wěn)定 、 價(jià)格便宜 ， 因此應(yīng)用比較廣泛 。 圖 （ c） 是光敏電阻的代表符號(hào) 。 6黑色絕緣玻璃 。 2玻璃窗口 。 管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體 。 第二節(jié) 內(nèi)光電效應(yīng)器件 1. 光敏電阻的工作原理和結(jié)構(gòu) 當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí) ， 若光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料 ， 而且光輻射能量又足夠強(qiáng) ， 光導(dǎo)材料價(jià)帶上的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去 ， 從而使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加 ， 致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大 。 利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電器件 稱 內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管 、三極管 。 內(nèi)光電效應(yīng) 過(guò)程： 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí) ， 價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價(jià)帶越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導(dǎo)率變大 。為了使光電流為零，必須加負(fù)的截止電壓，而且截止電壓與入射光的頻率成正比。 光線頻率低于紅限頻率 ， 光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出 ， 因而小于紅限頻率的入射光 ， 光強(qiáng)再大也不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射；反之 ， 入射光頻率高于紅限頻率 ， 即使光線微弱