传感器及RFID技术应用（第二版）位置检测.pptVIP

二）光电传感器1.光电器件（3）光敏二极管和光敏晶体管（1）光敏二极管和光敏晶体管结构①光敏二极管结构原理光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图7–24（a））。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图7–24（b）所示），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。锗光敏二极管有A，B，C，D四类；硅光敏二极管有2CU1A～D系列、2DU1～4系列。（a）结构（b）工作状态图7–24光敏二极管的结构原理②光敏晶体管结构原理光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图7-25为NPN型光敏晶体管的结构简图和基本电路。其结构与一般三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。图7–25光敏晶体管的结构简图和基本电路二）光电传感器1.光电器件当光照射在集电结上时，就会在结附近产生电子-空穴对，从而形成光电流，相当于三极管的基极电流。由于基极电流的增加，因此集电极电流是光生电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。（2）基本特性①光谱特性光敏二极管和晶体管的光谱特性曲线如图7-26所示。从曲线可以看出，硅的峰值波长约为0.9μm，锗的峰值波长约为1.5μm，此特性时灵敏度最大，而当入射光的波长增加或缩短时，相对灵敏度也下降。一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外光进行探测时，锗管较为适宜。图7-26光敏晶体（二极）管的光谱特性②伏安特性光敏三极管的伏安特性曲线如图7-27所示。光敏三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极e与基极b之间的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。图7-27光敏晶体管的伏安特性二）光电传感器1.光电器件③光照特性光敏晶体管的光照特性如图7-28所示。它给出了光敏三极管的输出电流I和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。④温度特性光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。从图7-29所示的温度特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大．所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。图7-28光敏晶体管的光照特性曲线图7-29光敏晶体管的温度特性二）光电传感器1.光电器件⑤频率特性光敏三极管的频率特性曲线如图7-30所示。光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。⑥响应时间不同光敏器件的响应时间有所不同。光敏电阻较慢，约为（10－1～10－３）s，一般不能用于要求快速响应的场合。工业用的硅光敏二极管的响应时间为（10－5～10－7）s左右。光敏三极管的响应时间比二极管约慢一个数量级，在要求快速响应或入射光、调制光频率较高时应选用硅光敏二极管。图7-30光敏三极管的频率特性曲线二）光电传感器1.光电器件（3）光敏二极管和光敏晶体管的应用①光敏二极管通常有两种工作模式：光电导模式和光伏模式。光敏二极管作光电导模式应用时，在两极之间要外加一定反偏压。光电导模式下工作的光电二极管，对检测微弱恒定光不利，因为光电流很小，与暗电流接近。对微弱光信号检测，一般采用调制技术。光伏模式下应用的光敏二极管不需外加任何偏置电压，其工作在短路条件下。电路的特点有：较好的频率特性；因光电二极管线性范围很宽，适用于辐射强度探测；输出信号不含暗电流，是一个较好的弱光探测电路（当然其探测极限受本身噪声限制）。二）光电传感器1.光电器件图7-31光敏二极管应用电路在图7-31中：图a为无偏置电路，适用于光伏模式光电二极管，输出电压UO=IR*RL。图b反向偏置应用电路，光电二极管的响应速度比无偏置电路高几倍。图c当光照射光敏二极管时，使晶体管基极处于低电位，晶体管VT截止，输出高电平；当无光照时，VT导通，输出低电平。图d为光控继电器电路。在无光照时，晶体管VT截止，继电