第七章第七章 光电式传感器光电式传感器 7.1 7.1 光电效应光电效应光电效应光电效应 7.2 7.2 光电元件光电元件光电元件光电元件 7.3 7.3 光电传感器的运用光电传感器的运用光电传感器的运用光电传感器的运用第七章 光电式传感器 光电传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的安装。运用它丈量非电量时，首先将这些非电物理量的变化转换成光信号的变化，再由光电传感器将光信号的变化转变为电信号的变化。光电传感器的这种丈量方法具有构造简单、非接触、高可靠、高精度和反响速度快等特点。光电传感器是目前产量最多、运用最广的一种传感器，它在自动控制和非电量测试中占有非常重要的位置。7.1 光电效应 光电元件的实际根底是光电效应。自然界的一切物质在环境温度高于0K以上时，都会产生光波辐射，光是波长约在1000.01m之间的电磁辐射，其光谱如图7-1所示。光也可以被看作是由一连串具有一定能量的粒子称为光子所构成，每个光子具有的能量正比于光的频率。所以，用光照射某一物体时，就可以看作这物体遭到一连串能量为的光子所轰击，而光电效应就是由于这物体吸收光子能量为的光后产生的电效应。通常把光线照射到物体后产生的光电效应分为两类，即外光电效应和内光电效应。7.1 光电效应. 图7-1 光谱范围7.1 光电效应7.1.1 外光电效应 在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体外表，这种效应称为外光电效应，这种景象称为光电发射。 知每个光子具有的能量为：式中 h 普朗克常数 光的频率 ( )7.1 光电效应 当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量耗费于电子由物体内逸出外表时所作的逸出功，另一部分那么转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可得式中 A0 电子逸出物体外表所需的功 m 电子的质量， v0 电子逸出物体外表时的初速度(7.2)7.1 光电效应 式7.2即为著名的爱因斯坦光电方程式，它阐明了光电效应的根本规律。由上式可知：1电子能否逸出物体外表取决于光子具有的能量能否大于，而只与光的频率有关，因此电子能否逸出物体外表取决于光的频率，与光强无关，光强再大也不会产生光电发射。2假设产生了光电发射，在入射光频率不变的情况下，逸出的电子数目与光强成正比。光强愈强意味着入射的光子数目愈多，受轰击逸出的电子数目也愈多。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。7.1 光电效应7.1.2 内光电效应 物体受光照射后，其内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的电阻率发生变化或产生光电动势的景象称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。1光电导效应 在光线的作用下，半导体的电导率添加，这种景象称为光电导效应，简称光导效应。从半导体物理学可知，半导体资料导电才干的大小取决于半导体内载流子的数目，载流子数目愈多，导电愈容易，即半导体资料的电导率愈大。7.1 光电效应 通常半导体原子中的价电子是处于稳定束缚形状的，当价电子从外界获得足够能量后，就能从束缚形状变成自在形状，成为一个自在电子，同时在原来的位置上构成一个空穴，自在电子和空穴都可以参与导电，这样就添加了半导体资料的电导率。用光照射半导体时，假设光子能量大于半导体资料的禁带宽度Eg，那么禁带中的电子吸收一个光子就足以跃迁到导带，使被激发出来的电子成为一个自在电子，同时也产生一个空穴，从而加强了资料的导电性能，使资料的电阻值降低。普通来说，照射的光线愈强，阻值变得愈低，半导体资料的导电才干愈强。光照停顿后，自在电子与空穴逐渐复合，电阻值又恢复到原值。 7.1 光电效应 具有光导效应的资料称为光导体，除金属外，大多数半导体和绝缘体都具有光导效应，但都很小。实践上只需少数几种资料能制造光敏元件。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻，以及由光敏电阻制成的光导管等。2光生伏特效应 在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的景象称为光生伏特效应。光生伏特效应可分为两类：7.1 光电效应1结光电效应。 以PN结为例，当光照射PN结时，假设光子能量大于半导体资料的禁带宽度Eg，那么使价带的电子跃迁到导带，产生自在电子空穴对。在PN结阻挠层内电场的作用下，被激发的电子移向N区的外侧，被激发的空穴移向P区的外侧，从而使P区带正电，N区带负电，构成光电动势。 基于结光电效应的光电元件有光电池和光电晶体管等。7.1 光电效应2侧向光电效应。 当光照射半导体光电器件的灵敏面时，光照部分吸收了能量便产生自在电子空穴对，光照部分的载流子浓度比未被光照部分的载流子浓度高，因此在半导体资料中就产生了浓度梯度，这样由光照部分和未被光照部分的载流子浓度的不同而产生了电动势，这种效应被称为侧向光电效应。 基于侧向光电效应的光电元件有位置光敏元件等。7.2光电元件7.2.1光电管1光电管的构造及任务原理 光电管有真空光电管和充气光电管两类，二者构造类似，它们由一个涂有光电资料的阴极K和一个阳极A封装在玻璃壳内，如图7-2a所示。当入射光照射在阴极上时，阴极就会发射电子，由于阳极的电位高于阴极，在电场力的作用下，阳极便搜集到由阴极发射出来的电子，因此，在光电管组成的回路中构成了光电流I，并在负载电阻RL上输出电压UO。如图7-2b所示。在入射光的频谱成分和光电管电压不变的条件下，输出电压 UO与入射 光通量成正比。7.2光电元件.图7-2 光电管的构造及任务原理7.2光电元件2光电管的主要性能目的 光电管的性能目的主要有伏安特性、光照特性、光谱特性、呼应特性、呼应时间、峰值探测率和温度特性等。下面仅对其中的主要性能目的作一简单引见。1光电管的伏安特性 光电管的伏安特性是指在一定的光通量照射下，其阳极与阴极之间的电压UA与光电流I之间的关系。 7.2光电元件 在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射一定数量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，假设在阳极上施加电压，那么光电子被阳极吸引而搜集，构成回路中的光电流。 当阳极电压较小时，阴极发射的光电子只需一部分被阳极搜集，其他部分仍前往阴极。 7.2光电元件 随着阳极电压的升高，阳极在单位时间内搜集到的光电子数目增多，光电流I也添加。假设阳极电压升高到一定数值时，阴极在单位时间内发射的光电子全部被阳极搜集，这种形状称为饱和形状，当到达饱和时，阳极电压再升高，光电流I也不会添加。图7-3绘出了光电管在不同光通量下的伏安特性曲线。 7.2光电元件. 图7-3 光电管的伏安特性 7.2光电元件2光电管的光谱特性 光电管的光谱特性通常是指阳极和阴极之间所加电压不变时，入射光的波长或频率与其绝对灵敏度的关系。它主要取决于阴极资料，不同阴极资料的光电管适用于不同的光谱范围，另一方面，不同光电管对于不同频率即使光强度一样的入射光，其灵敏度也不同，常用的光电阴极有银氧铯光电阴极、锑铯光电阴极等。7.2光电元件3光电管的光照电特性 光照电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不变的条件下，入射光的光通量与光电流之间的关系，其特性曲线如图7-4所示。在光电管阳极电压足够大，使光电管任务在饱和电流形状条件下，入射光通量和光电流呈线性关系。图7-4中曲线1表示银氧铯光电管的光照特性，曲线2为锑铯阴极光电管的光照特性。光照特性曲线的斜率即光电流对入射光通量的变化率称为光电管的灵敏度。7.2光电元件.图7-4 光电管的光照特性 7.2光电元件7.2.2光电倍增管 当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小，只需零点几个微安，呵斥的丈量误差将很大，甚至无法检测。为了提高光电管的灵敏度，在光电管的阴极和阳极之间安装一些倍增极，就构成了光电倍增管。光电倍增管实践上是光电阴极和二次电子倍增器的结合。当电子或光子以足够大的速度轰击金属外表而使内部的电子逸出金属外表时，这种逸出金属外表的电子叫做二次电子。二次电子的数目不仅取决于入射光粒子的数目，还与入射光粒子的速度、金属的性质等有关。7.2光电元件1光电倍增管的构造和任务原理 光电倍增管由光阴极、次阴极倍电极以及阳极三部分组成，其构造如图7-5a所示。光阴极由半导体资料锑铯制成；次阴极是在镍或铜-铍衬底上涂锑铯资料而构成的，通常为1214级，多者达30级；阳极是最后用来搜集电子的，它输出的是电压脉冲。7.2光电元件.图7-5光电倍增管的构造及电路7.2光电元件 运用光电倍增管时，在各个倍增电极上均加电压，阴极电位最低，各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高。由于相邻两个倍增电极之间有电位差，因此，存在加速电场，对电子加速。从阴极发出的电子，在电场的加速下，打在电位比阴极高的第一倍增电极上，产生36倍的二次电子，被打出来的二次电子再经过加速电场的加速，又打在比第一倍增电极电位高的第二倍增电极上，电子数目又添加36倍，如此不断延续倍增，直到最后一级的7.2光电元件 倍增极产生的二次电子被更高电位的阳极搜集为止，其电子数将到达阴极发射电 子数的105106倍.从而在整个回路里构成光电流IA，见图7-5b所示。光电倍增管的放大倍数很高，普通可达106，它的灵敏度比普通光电管高几万到几百万倍，因此，在很微弱的光照时，它可以产生很大的光电流。7.2光电元件2光电倍增管的主要参数和特性1光电倍增管的倍增系数与任务电压的关系 光电倍增管假设倍增极的二次电子发射系数为，那么具有n个一样倍增极的光电倍增管的倍增系数为7.2光电元件因此阳极电流为式中， 光阴极的光电流此光电倍增管的电流放大倍数为 7.2光电元件 光电倍增系数与任务电压的关系是光电倍增管的重要特性。随着任务电压的添加，倍增系数也相应添加，如图7-6所示。普通在 105106 之间，假设电压有动摇，倍增系数也要动摇，因此，M具有一定的统计涨落。 7.2光电元件.图7-6 倍增系数与任务电压的关系7.2光电元件2光电倍增管的伏安特性 光电倍增管的伏安特性也叫阳极特性，它是指阴极与各倍增极之间电压坚持恒定条件下，阳极电流IA光电流与最后一级倍增极和阳极间电压UAD的关系，典型光电倍增管伏安特性如图7-7所示。它是在不同光通量下的一组曲线族。象光电管一样，光电倍增管的伏安特性曲线也有饱和区，照射在光电阴极上的光通量越大，饱和阳极电压越高，当阳极电压非常大时，由于阳极电位过高，使倒数第二级倍增极发出的电子直接奔向阳极，呵斥最后一级倍增极的入射电子数减少，影响了光电倍增管的倍增系数，因此，伏安特性曲线过饱和区段后略有降。 7.2光电元件.图7-7 光电倍增管的伏安特性 7.2光电元件3光电倍增管的光电特性 光电倍增管的光电特性是指阳极电流光电流与光电阴极接纳到的光通量之间的关系. 典型光电倍增管的光电特性如图7-8所示。图中当光通量在10-1310-4lm流明之间，光电特性曲线具有较好的线性关系，当光通量超越10-4lm时曲线就明显向下弯曲，其主要缘由是强光照射下，较大的光电流使后几级倍增极疲劳，灵敏度下降，因此，运用光阴电流不要超越1毫安。 7.2光电元件. 图7-8 光电倍增管的光电特性7.2光电元件4光电倍增管的暗电流 光电倍增管暗电流的定义和产生的缘由与光电管一样，只是多了倍增极二次发射的影响。光电倍增管中光电阴极和各倍增极都有热电子发射，由于光电倍增管中电流是逐级倍增的，所以在热电子发射中，光电阴极和第一倍增极的热电子发射是主要的。为了减少由管座各极之间漏电流构成的暗电流，有时将阳极单独引出来，此外，管内电子将剩余气体和铯原子电离，正离子将奔向阴极并轰击产生二次电子发射，这些电子再经倍增极放大输出，添加了暗电流。 总之，影响暗电流的要素很多。在实践运用中要详细问题，分别处置，以到达适用要求。7.2光电元件7.2.3光敏电阻1光敏电阻的构造和任务原理 光敏电阻是利用光导资料的内光电效应制成的没有极性的电阻器件。 构造: 光敏电阻的构造比较简单，如图7-9a所示。它是在玻璃底板上均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，半导体的两端装上金属电极，使电极与半导体层可靠地电接触，然后将它们压入塑料封装体内.为了防止周围介质的污染， 7.2光电元件. (a) (b) 图7-9 光敏电阻的构造和原理7.2光电元件 在半导体光敏层上覆盖一层漆膜，漆膜成分的选择应该使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。假设把光敏电阻衔接到外电路中，在外加电压的作用下，光照就能改动电路中电流的大小。任务原理: 光敏电阻既可在直流电压下任务，也可在交流电压下任务。如图7-9b所示为光敏电阻在直流电路中的任务情况，详细如下: 7.2光电元件(1)当无光照时，虽然不同的资料光敏电阻的数据不大一样，但它们的阻值普通可在1100M之间，由于其阻值 太大，使得流过电路中的电流很小；(2)当有光照射时，光敏电阻的阻值变小，电路中的电流增大。根据电路中电流的变化值，便可测出照射光线的强弱。当光照停顿时，光电效应自动消逝，电阻又恢复到原值 7.2光电元件阐明: 光敏电阻灵敏度高、光谱特性好、运用寿命长、稳定性能高、体积小以及制造工艺简单，所以，被广泛地运用于照相机、防盗报警器、火灾报警器以及自动化控制技术中。 2光敏电阻的技术特性和主要参数1暗电阻、暗电流 将光敏电阻置于室温、无光照射的全暗条件下，经过一定稳定时间之后，测得的阻值称为暗电阻。此时，在给定任务电压下测得光敏电阻中的电流称为暗电流。7.2光电元件2亮电阻、光电流 光敏电阻在遭到光照射时，测得的电阻值称为亮电阻。这时在给定任务电下测得光敏电阻中的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光敏电阻的光电流。 适用中光敏电阻的暗电阻值普通在1100M之间，而亮电阻通常在几k以下。暗电阻与亮电阻之差越大，光敏电阻性能越好，灵敏度也越高。7.2光电元件3光敏电阻的光电特性 在一定电压作用下，光敏电阻的光电流IA与照射光通量的关系，称为光电特性，如图7-10所示。不同资料的光敏电阻其光电特性是不同的，绝大多数光敏电阻的光电特性是非线性的，当光照强度较大时有饱和趋向，因此，光敏电阻不宜作丈量元件，只能作光电导开关元件运用。7.2光电元件4光谱特性 每种半导体资料的内光电效应对入射光的光谱都具有选择作用，因此，不同资料制成的光敏电阻都有本人的光谱特性，即每种光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度，而且对应最大灵敏度的光波长也不同，图7-11给出了硫化镉等资料的光敏电阻的光谱特性。7.2光电元件. 图7.10 硒光敏电阻的光电特性 图7.11光敏电阻的光谱特性7.2光电元件5伏安特性 伏安特性是指在恒定光通量照射下，光敏电阻的电压与光电流之间的关系，如图7-12所示是硫化镉光敏电阻的伏安特性。由图看出，光敏电阻的电压与电流之间的关系服从欧姆定律，但在不同照度下，曲线的斜率是不同的，这阐明光敏电阻的阻值是随光照度的变化而变化的。 同普通电阻一样，光敏电阻两端的电压有个限制，电压过高会失去线性关系，此外，光敏电阻也有最大额定功率耗散功率的限制，超越最高任务电压和最大任务电流都能导致光敏电阻永久性的破坏。7.2光电元件.图7-12 硫化镉光敏电阻的伏安特性 图7-13 光敏电阻的频率特性7.2光电元件6频率特性 这里所说的频率不是入射光的频率，而是指入射光强度变化的频率。当光敏电阻遭到脉冲光的作用时，光电流并不立刻上升到稳态值，这个上升过程要阅历一段时间，同样，光照停顿后光电流也不立刻从稳态值下降到暗电流，也需求一段时间。这阐明，光敏电阻中光电流随光强度的变化具有一定的惯性，通常用时间常数表示。 7.2光电元件 假设入射光照射时间较短，光电流还未上升到稳态值，入射光就消逝了，光敏电阻来不及作出应有的反映，光电流就降低了，灵敏度当然也要降低，所以，随着入射光强度变化的加快，即频率的添加，光敏电阻灵敏度随着降低。不同资料的光敏电阻具有不同的时间常数，即呼应的快慢不同，图7-13给出了几种光敏电阻的频率特性。其中硫化铅光敏电阻有较好的频率特性，即它对光强的变化反响快，动态特性好。光敏电阻的呼应时间还与光强有关，光强越大，呼应时间越短。7.2光电元件 总之，光敏电阻的惯性比较大，如铊氧硫光敏电阻的灵敏度在100HZ时曾经比恒光通量下的灵敏度下降了1/22/3，硫化铅光敏电阻的灵敏度不断到5000HZ几乎不变，但与光电管相比还是比较差的，因此，虽然光敏电阻灵敏度比光电管高得多，但在许多地方依然选用光电管。7.2光电元件7 温度特性 光敏电阻与其它半导体器件一样，它的特性受温度的影响较大。温度升高将导致光敏电阻的暗电阻值变小，灵敏度下降。其光谱特性也向短波方向挪动，硫化铅光敏电阻光谱温度特性曲线如图7-14所示。温度特性可用温度系数来表示，温度系数越小越好。 表7-1列出了几种国产光敏电阻的参数，运用时，仅供参考。7.2光电元件. 图7-14 硫化铅光敏电阻光谱温度特性曲线7.2光电元件.表7-1 几种国产光敏电阻参数7.2光电元件7.2.4光电二极管和光电三极管1光电二极管 (1)光电二极管的构造和任务原理 构造: 光电二极管的资料和构造与普通二极管类似。它的 管芯是一个具有光敏特性的PN结，封装在透明玻璃壳内。PN结装在管子的顶部，并有一个透明窗口，可使入射光集中照射在PN结的敏感面上。 7.2光电元件任务原理: 光电二极管在电路中普通处于反向任务形状，光电二极管的构造和电路衔接如图7-15所示。当无光照光阴电二极管的反向电阻很大，电路中只需很小的反向电流称为暗电流，普通为10-810-9A，此时相当于光电二极管截止；当有光照时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量，产生电子空穴对，并在PN结所构成的内电场作用下作定向运动而构成光电流，光照强度越大，光电流就越大，故光电二极管不受光照射时处于截止形状，受光照射时处于导通形状。光电流流过负载电阻RL时，在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号，光电二极管就是这样完成光电功能转换的。7.2光电元件.图7-15 光敏二极管的构造及电路7.2光电元件2光电二极管的主要技术参数a最高反向任务电压 是指光电二极管在无光照条件下，反向漏电流不大于0.1A时所能接受的最高反向电压值。b暗电流 指光电二极管在无光照、最高反向任务电压条件下的漏电流。暗电流越小，光电二极管的性能越稳定，检测弱光的才干越强。普通锗光电二极管的暗电流较大，约为几个A，硅光电二极管的暗电流那么小于0.1A。 c 光电流 指光电二极管受一定光照，在最高反向电压下产生的电流，其值越大越好。 7.2光电元件d 灵敏度 反映光电二极管对光的敏感程度的一个参数，通常用在每微瓦的入射光能量下而产生的光电流来表示。其值越高，阐明光电二极管对光的反响越灵敏。 e呼应时间 表示光电二极管将光信号转换成电信号所需的时间。呼应时间越短， 阐明其光电转换的速度越快，即任务频率就越高。 除此之外，光电二极管的参数还有结电容、正向压降、光谱范围和峰值波长等。本书从略，请参阅有关资料。7.2光电元件2光电三极管1三极管的构造和任务原理图7-16 光电三极管的构造及运用电路 任务原理: 将光电三极管接在如图7-16b所示的电路中，在正常情况下，集电结为受光结相当于一个二极管。集电极相对于发射极为正电压，而基极开路，那么集电结处于反向偏置。 无光照射时，在外电路中有暗电流此电流即为光电三极管集电极与发射级之间的穿透电流 当光照射在光敏面集电结上时，光照激发产生的光生电子空穴对添加了少数载流子的浓度，由于集电结处于反向偏置，使内电场加强。在内电场的作用下，光生电子漂移到集电区，在基区留下空穴，使基极电位升高，促使发射区有大量电子经基区被集电区搜集而构成放大的集电极光电流 .2光电三极管的根本特性a光谱特性 图7-17 光电三极管光谱特性b伏安特性 图7-18 光电三极管伏安特性 c光电特性 图 7-19 光电三极管光电特性d温度特性 图7-20 光电三极管的温度特性e时间常数 光电三极管由于存在发射结电容，加之载流子经过面积较大的基区时间较长，因此，它的时间常数比光电二极管要长，普通在10-510-4s之间。f频率特性 指在恒定电压和光强幅度恒定条件下，入射光强度变化的频率与光电流或相对灵敏度的关系 . 图7-21 频率特性 7.2.5光电池 光电池是在光照下，能直接将光通量转变为电动势的一种光电元件。在光照作用下，光电池本质上就是一个电压源。光电池的种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、氧化铊光电池、硫化镉光电池、砷化镓光电池等。其中最受注重的是硅光电池和硒光电池，下面着重以这两种光电池为例加以引见。1光电池的构造与任务原理 图7-22 光电池构造表示图原理: 当入射光子的能量足够大时，P区每吸收一个光子就产生一对光生电子空穴对，在外表对光子的吸收最多，激发出的电子空穴对也最多，越向内部越小，因此，光生电子空穴对的浓度由外表向内部迅速下降，构成由表及里分散的自然趋势。在PN结内电场的作用下，使分散到PN结附近的电子空穴对分别，电子被拉到N型区，空穴那么留在P型区，使N区带负电，P区带正电。假设光照是延续的，经短暂的时间，新的平衡形状建立后，PN结两侧就有一个稳定的光电流或光生电动势输出。2光电池的主要特性1 光谱特性 图7-23 硒和硅光电池的光谱特性2光电池的频率特性 由于光电池受光照射产生电子空穴对，光照 消逝后电子空穴对的复合，都需求一定的时间，因此，当入射光的调制频率太高时，光电池输出的光电流将下降。图7-24示出光的调制频率f和光电池相对输出电流I关系曲线。由图可看出，硅光电池具有较高的频率呼应，硅光电池的任务频率上限约为数十kHZ，而硒光电池的频率特性较差，上限频率只需几kHZ。图7-24 光电池的频率特性 3 光电池的伏安特性 图7-25 硅光电池的伏安特性4光电池的光电特性 图7-26 硅光电池的光电特性 5硅光电池的温度特性 图7-27 硅光电池的温度特性 7.2.5光电耦合器件 光电耦合器件是将发光元件与受光器件组合在同一个密封体内的组合器件，即将发光元件、受光器件及信号处置电路集成在一块芯片上。任务时，将信号加到输入端，使发光元件发光，照射到受光器件使之输出光电流，从而实现电光电两次转换，经过光实现了输入端和输出端之间的耦合。 由于光电耦合器件是以光为传输信号的媒介，因此，它具有以下特点：1光电耦合器件实现了以光为媒介的传输，因此，保证了输入端和输出端之间的隔离，使输入端和输出端之间的绝缘电阻很高，普通都大于，耐压也很高，具有良好的隔离性。2具有信号的单向传输和不可逆性。信号只能从发光源单向传输到受光器件，而不会可逆传输，传输信号不会影响输入端。3发光源运用砷化镓发光二极管，它具有低电阻的特点，可以抑制干扰，消除噪声。4呼应速度快，可用于高频电路。5构造简单，无触点，体积小，寿命长。由于上述特点，光电耦合器件广泛用于电路隔离、电平转换、噪声抑制、无触点开关及固态继电器等场所。 图7-28为4N28光电耦合器件的外型构造和常用符号，它的外型构造为双列直插式，其中3脚为空脚，6脚为三极管的基极引线，但在实践运用中很少运用。表7-3为4N28光电耦合器件的主要技术数据。图7-28 4N28光电耦合器7.3 光电传感器的运用7.3.1 灯光亮度自动控制器图7-29 灯光亮度自动控制器原理图 灯光亮度自动控制器的电路框图如图7-29所示。它主要由环境光照检测电桥、放大器、积分器、比较器、过零比较器、锯齿波形发生器、双向晶闸管等组成。过零比较器对50Hz市电电压的每次过零点进展检测，并控制锯齿波发生器使其产生与市电同步的锯齿波电压，加在比较器的同相输入端。由光敏电阻与电阻构成的电桥将环境光照的变化转换成直流电压的变化，该电压经放大并由积分电路积分后加到比较器的反相端，其数值随环境光照的变化而缓慢地成比例的变化。上述两个电压经比较器比较后，由比较器输出端得到脉冲宽度随环境光照度变化而变化的与市电频率不同步的控制信号，利用这个控制信号其脉冲宽度反比于环境光照度触发晶闸管，改动晶闸管的导通角，便可使灯光的亮度随光照度作相反的变化，从而到达按照环境光照度自动调理照明灯亮度的目的，使室内照明自动坚持在最正确形状，防止人们产生视觉疲劳。7.3.2 工件计数安装图7-30 工件计数安装7.3.3 邮政信函过戳安装图7-31 邮政信函过戳安装 邮政信函过戳安装是利用光敏三极管控制过戳机构的通断来自动实现信函过戳，其电路原理图如图7-31所示。当信函未到来时，光源的光线照在光电三极管上，光电流增大，使三极管VT1导通饱和，三极管VT2截止，继电器释放，过戳机构不动作。当信函到来把光线挡住，光电三极管的电流为暗电流，由于暗电流很小，使三极管VT1截止，三极管VT2导通，继电器吸合使常开触点闭合，过戳机构动作。所以每当信函来到，均把继电器吸合使信函过戳。 7.3.4条形码扫描笔图7.33 扫描笔输出序列 图7.32 条形码扫描笔构造7.3.5光电池测速安装 工程中常用两个间隔一定间隔的传感器进展非接触式丈量运动物体的速度，图7-34是非接触测定轧钢带运动速度的表示图。，钢带的运动速度为 图7-34 光电池测速安装7.3.6主回路与控制回路的隔离电路 图7-35 主回路与控制回路的隔离电路 利用光电耦合器可以实现主回路与控制回路的隔离，电路如图7-35所示。被控制的回路接220V交流电，而主回路是电源电压很低的直流控制电路。在运用中，为了防止被控回路对控制回路的影响，两种电路的电源及信号要求隔离。由图7-35可知，当三极管VT截止时，光电耦合器不导通，因没有通路，灯不亮，而当三极管VT饱和时，光电耦合器中发光二极管发光，使光敏三极管导通，给晶闸管一个触发信号致使其电路导通，L灯亮。本 章 小 结 本章首先引见了光电效应外光电效应、内光电效应及光生伏特效应，在此根底上相继讨论了光电管、光电倍增管、光电二极管、光电三极管、光电池、光电耦合器等光电器件的原理、特性和运用。 思索与练习1光电效应通常分为哪几类？简要表达之。与之对应的光电器件有哪些？2半导体内光电效应与光强和频率的关系是什么？3试述光敏电阻可用哪些参数和特性来表示它的性能？4试述用光敏电阻检测光的原理？5简述光敏二极管和光敏三极管的构造特点、任务原理及两管间的联络？6简述光敏三极管有哪些根本特性？7光敏电阻和光敏三极管伏安特性的特点是什么？8简述硅光电池温度特性的特点。9简述光电耦合器的任务原理。10试举出几个实例阐明光电传感器的实践运用，并进展任务原理的分析。