1、編輯ppt1常用傳感器原理及應用常用傳感器原理及應用一、溫度傳感器一、溫度傳感器二、光電傳感器二、光電傳感器三、霍爾傳感器三、霍爾傳感器四、超聲波傳感器四、超聲波傳感器編輯ppt1一、溫度傳感器一、溫度傳感器1 1、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器2 2、結溫度傳感器、結溫度傳感器3 3、集成溫度傳感器、集成溫度傳感器編輯ppt11 1、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器 幾乎所有物質的電阻率都隨本身溫度的變化而變化幾乎所有物質的電阻率都隨本身溫度的變化而變化-熱電阻效應熱電阻效應。 根據電阻和溫度之間的函數關系，可以將溫度變化量轉根據電阻和溫度之間的函數關系，可以將溫度變化量轉換為相應的電參量，從而實現溫

2、度的電測量。換為相應的電參量，從而實現溫度的電測量。 利用這一原理制成的溫度敏感元件稱為利用這一原理制成的溫度敏感元件稱為熱電阻熱電阻。 熱電阻材料可分為熱電阻材料可分為金屬熱電阻金屬熱電阻和和半導體熱電阻半導體熱電阻。 RTD以以0阻值作為標稱值。如：阻值作為標稱值。如：Pt100編輯ppt1（1）鉑電阻鉑電阻與溫度變化之間的關系為鉑電阻與溫度變化之間的關系為當當0t6600t660時，時，Rt=R0Rt=R0（1+At+Bt1+At+Bt2 2）當當-190t0-190tT2 - 2mV/K 一定時,二極管的正向電壓與被測溫度成線性關系； 在一定的電流下，其正向電壓隨溫度的升高而降低，故呈

3、負溫度系數編輯ppt13 3、集成溫度傳感器、集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個晶體管基極晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個晶體管基極 發射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認為發射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認為與溫度呈單值線性關系。與溫度呈單值線性關系。 集成溫度傳感器的輸出形式有電壓型電流型。電壓集成溫度傳感器的輸出形式有電壓型電流型。電壓型的靈敏度為型的靈敏度為10mV/10mV/，電流型的靈敏度為，電流型的靈敏度為1A/K1A/K。編輯ppt1AD

4、590 （電流型）（電流型） AD590是美國模擬器件公司生產是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：主要特性如下：1、流過器件的電流（、流過器件的電流（ A）等于器件所處環境的熱力學溫度度數）等于器件所處環境的熱力學溫度度數A/KIT 2、AD590的測溫范圍為的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為的電源電壓范圍為4V30V。AD590可以承受可以承受44V正向電壓和正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為、輸出電阻為710M 。5、精度高。有、精度高。有

5、I、J、K、L、M五檔，五檔，M檔精度最高，誤差為檔精度最高，誤差為0.3。編輯ppt1編輯ppt1編輯ppt1二、光電傳感器二、光電傳感器（1）光譜光譜光波光波： 波長為波長為10106nm的電磁波的電磁波可見光可見光：波長波長380780nm紫外線紫外線：波長波長10380nm， 波長波長300380nm稱為近紫外線稱為近紫外線 波長波長200300nm稱為遠紫外線稱為遠紫外線 波長波長10200nm稱為極遠紫外線，稱為極遠紫外線，紅外線紅外線：波長波長780106nm 波長波長3m（即（即3000nm）以下的稱近紅外線）以下的稱近紅外線 波長超過波長超過3m 的紅外線稱為遠紅外線。的紅外

6、線稱為遠紅外線。1、概述、概述編輯ppt1光譜分布如圖所示光譜分布如圖所示編輯ppt1 光電效應光電效應是指物體吸收了光能后轉換為該物是指物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量，從而產生的電效應。光電體中某些電子的能量，從而產生的電效應。光電傳感器的工作原理基于光電效應。光電效應分為傳感器的工作原理基于光電效應。光電效應分為外光電效應外光電效應和和內光電效應內光電效應兩大類。兩大類。外光電效應外光電效應 在光線的作用下，物體內的電子逸出物體表在光線的作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象面向外發射的現象稱為外光電效應。向外發射的稱為外光電效應。向外發射的電子叫做光電子。基于外光電

7、效應的光電器件有電子叫做光電子。基于外光電效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。光電管、光電倍增管等。（2 2）光電效應）光電效應編輯ppt1 當光照射在物體上，使物體的當光照射在物體上，使物體的電阻率電阻率發生發生變化，或產生變化，或產生光生電動勢光生電動勢的現象叫做的現象叫做內光電效應內光電效應，它多發生于半導體內。根據工作原理的不同，內它多發生于半導體內。根據工作原理的不同，內光電效應分為光電效應分為光電導效應光電導效應和和光生伏特效應光生伏特效應兩類：兩類： A. 光電導效應光電導效應 在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，而引起材

8、料電導率的變化，這過渡到自由狀態，而引起材料電導率的變化，這種現象被稱為光電導效應。基于這種效應的光電種現象被稱為光電導效應。基于這種效應的光電器件有器件有光敏電阻光敏電阻。內光電效應內光電效應編輯ppt1過程：過程：當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受當光照射到半導體材料上時，價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內的電子帶越過禁帶躍入導帶，如圖，使材料中導帶內的電子和價帶內的空穴濃度增加，從而使電導率變大。和價帶內的空穴濃度增加，從而使電導率變大。導帶導帶價帶價帶禁帶禁帶自由電子所

9、占能帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶不存在電子所占能帶價電子所占能帶價電子所占能帶Eg編輯ppt1 材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一材料的光導性能決定于禁帶寬度，對于一種光電導材料，總存在一個照射光波長限種光電導材料，總存在一個照射光波長限0，只有波長小于只有波長小于0的光照射在光電導體上，才能的光照射在光電導體上，才能產生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電產生電子能級間的躍進，從而使光電導體的電導率增加。導率增加。 式中式中、分別為入射光的頻率和波長分別為入射光的頻率和波長。 Eg24. 1hch 為了實現能級的躍遷，入射光的能量必須大于光為了實現能級的躍遷，入射光的能量必須大于光

10、電導材料的禁帶寬度電導材料的禁帶寬度Eg，即，即編輯ppt1 B. 光生伏特效應光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢在光線作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現象叫做的現象叫做光生伏特效應光生伏特效應。 基于該效應的光電器件有基于該效應的光電器件有光電池光電池和和光敏二極管光敏二極管、光敏三極管光敏三極管。 勢壘效應（結光電效應）。勢壘效應（結光電效應）。 接觸的半導體和接觸的半導體和PN結中，當光線照射其接觸區結中，當光線照射其接觸區域時，便引起光電動勢，域時，便引起光電動勢，這就是結光電效應。以這就是結光電效應。以PN結為例，光線照射結為例，光線照射PN結時，設光子能

11、量大于禁帶寬結時，設光子能量大于禁帶寬度度Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產生電子空穴，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產生電子空穴對，在阻擋層內電場的作用下，被光激發的電子移向對，在阻擋層內電場的作用下，被光激發的電子移向N區外側，被光激發的空穴移向區外側，被光激發的空穴移向P區外側，從而使區外側，從而使P區區帶正電，帶正電，N區帶負電，形成光電動勢。區帶負電，形成光電動勢。 編輯ppt1側向光電效應。側向光電效應。 當半導體光電器件受光照不均勻時，有載流子濃當半導體光電器件受光照不均勻時，有載流子濃度梯度將會產生側向光電效應。度梯度將會產生側向光電效應。當光照部分吸收入射當光照部分吸收入射光

12、子的能量產生電子空穴對時，光照部分載流子濃度光子的能量產生電子空穴對時，光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大，就出現了載流子濃比未受光照部分的載流子濃度大，就出現了載流子濃度梯度，因而載流子就要擴散。如果電子遷移率比空度梯度，因而載流子就要擴散。如果電子遷移率比空穴大，那么空穴的擴散不明顯，則電子向未被光照部穴大，那么空穴的擴散不明顯，則電子向未被光照部分擴散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分擴散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分帶負電，光照部分與未被光照部分產生光電動勢。分帶負電，光照部分與未被光照部分產生光電動勢。基于該效應的光電器件如半導體光電位置敏感器件基于該

13、效應的光電器件如半導體光電位置敏感器件（PSD）。）。編輯ppt12、光敏電阻、光敏電阻 光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感。它在無光照射時，呈高阻狀態；電阻器，對光線十分敏感。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。當有光照射時，其電阻值迅速減小。 (1)光敏電阻器的結構與特性光敏電阻器的結構與特性: 光敏電阻器通常由光敏層、光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成.RG編輯ppt1 光敏電阻的結構如圖所示。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶光

14、敏電阻的結構如圖所示。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導體。光導體吸收光子而產生的光電有兩個歐姆接觸電極的光電導體。光導體吸收光子而產生的光電效應，只限于光照的表面薄層，雖然產生的載流子也有少數擴散效應，只限于光照的表面薄層，雖然產生的載流子也有少數擴散到內部去，但擴散深度到內部去，但擴散深度有有限，因此光電導體一般都做成薄層。為限，因此光電導體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳子狀梳子狀圖案圖案.A金屬封裝的金屬封裝的硫化鎘光敏電阻硫化鎘光敏電阻結構圖結構圖光導電材料光導電材料絕緣襯低絕緣襯低引線引線電極電

15、極引線引線光電導體光電導體編輯ppt1（2）光敏電阻器的種類）光敏電阻器的種類 光敏電阻器可以根據光敏電阻器的制作材料和光譜特性來光敏電阻器可以根據光敏電阻器的制作材料和光譜特性來分類。分類。 按光敏電阻器的制作材料分類按光敏電阻器的制作材料分類 光敏電阻器按其制作材料的不同可分為光敏電阻器按其制作材料的不同可分為多晶光敏電阻多晶光敏電阻器和器和單晶光敏電阻單晶光敏電阻器，器，還可分為硫化還可分為硫化鎘鎘(CdS)光敏電阻器、光敏電阻器、 硒化硒化鎘鎘(CdSe)光敏電阻器、光敏電阻器、 硫化硫化鉛鉛(PbS)光敏電阻器、光敏電阻器、 硒化硒化鉛鉛(PbSe) 光敏電阻器、光敏電阻器、 銻化銻

16、化銦銦(InSb) 光敏電阻器等多種。光敏電阻器等多種。編輯ppt1編輯ppt1按光譜特性分類：按光譜特性分類： 光敏電阻器按其光譜特性可分為光敏電阻器按其光譜特性可分為: 可見光光敏電阻器可見光光敏電阻器 紫外光光敏電阻器紫外光光敏電阻器 紅外光光敏電阻器。紅外光光敏電阻器。 可見光光敏電阻器可見光光敏電阻器主要用于各種光電自動控制系統、電子主要用于各種光電自動控制系統、電子照相機和光報警器等電子產品中。照相機和光報警器等電子產品中。 紫外光光敏電阻器紫外光光敏電阻器主要用于紫外線探測儀器。主要用于紫外線探測儀器。 紅外光光敏電阻器紅外光光敏電阻器主要用于天文、軍事等領域的有關自動主要用于天

17、文、軍事等領域的有關自動控制系統中。控制系統中。 編輯ppt1（3）光敏電阻器的主要參數）光敏電阻器的主要參數 1亮電阻亮電阻 （RL）是指光敏電阻器受到光照射時的電阻是指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。值。 2暗電阻暗電阻 （RD）是指光敏電阻器在無光照射（黑暗環是指光敏電阻器在無光照射（黑暗環境）時的電阻值。境）時的電阻值。 3最高工作電壓最高工作電壓 （VM）是指光敏電阻器在額定功率下是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。所允許承受的最高電壓。 4亮電流亮電流 （IL）是指在光照射時，光敏電阻器在規定是指在光照射時，光敏電阻器在規定的外加電壓受到光照時所通過的電流。的外加電壓受

18、到光照時所通過的電流。 5暗電流暗電流 （ID）是指在無光照射時，光敏電阻器在規是指在無光照射時，光敏電阻器在規定的外加電壓下通過的電流。定的外加電壓下通過的電流。 編輯ppt1 6時間常數時間常數 是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩定是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩定亮電流的亮電流的63%時所需的時間。時所需的時間。 7電阻溫度系數電阻溫度系數 是指光敏電阻器在環境溫度改變是指光敏電阻器在環境溫度改變1時，其電阻值的相對變化。時，其電阻值的相對變化。 8靈敏度靈敏度 是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。電阻值的相對變化。 （4）常用的光敏電

19、阻器）常用的光敏電阻器 常用的光敏電阻器有常用的光敏電阻器有MG41MG45系列系列編輯ppt1表表 光敏電阻器的型號命名及含義光敏電阻器的型號命名及含義 第一部分：主稱第一部分：主稱第二部分：用途或特征第二部分：用途或特征第三部分：序號第三部分：序號字母字母含義含義數字數字含義含義MGMG光敏電阻器光敏電阻器0 0特殊特殊用數字表示序號，以區別該電用數字表示序號，以區別該電阻器的外形尺寸及性能指標阻器的外形尺寸及性能指標1 1紫外光紫外光2 2紫外光紫外光3 3紫外光紫外光4 4可見光可見光5 5可見光可見光6 6可見光可見光7 7紅外光紅外光8 8紅外光紅外光9 9紅外光紅外光編輯ppt1

20、產品產品名稱：名稱： cds cds光敏電阻光敏電阻4 4系列系列型號型號 最大最大 最大最大 環境環境 光譜峰值光譜峰值 亮電阻亮電阻 暗電阻暗電阻100/10 100/10 響應時間響應時間 電壓電壓(v) (v) 功率功率(mW) (mW) 溫度溫度( () (nm) 10LUX/K ) (nm) 10LUX/K (M (M) ) 上升上升 下降下降GM4516GM4516 150 50 -30-+70 540 5-10 150 50 -30-+70 540 5-10 0.5 0.6 20 300.5 0.6 20 30GM4527GM4527 150 50 -30-+70 540 10

21、-30 150 50 -30-+70 540 10-30 2 0.7 20302 0.7 2030GM4538GM4538 150 50 -30-+70 540 30-50 150 50 -30-+70 540 30-50 5 0.8 20305 0.8 2030GM4549GM4549 150 50 -30-+70 540 50-150 150 50 -30-+70 540 50-150 10 0.9 203010 0.9 2030河南南陽市信利佳電子有限責任公司生產的河南南陽市信利佳電子有限責任公司生產的光敏電阻光敏電阻4 4系列參數。系列參數。編輯ppt1應用范圍：應用范圍： 照相機自動

22、測光照相機自動測光 室內光線控制室內光線控制 報警器報警器 工業控制工業控制 光控開關光控開關 電子玩具電子玩具 編輯ppt1 光電二極管，其光電二極管，其基本結構也是一個基本結構也是一個PN結結。結面積小，因此結面積小，因此它的頻率特性特別好它的頻率特性特別好。輸出電流一般為幾輸出電流一般為幾A到幾十到幾十A。按材料。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結構分，有同質結與異質結之分。其中最典型的是同質結硅按結構分，有同質結與異質結之分。其中最典型的是同質結硅光電二極管。光電二極管。 國產硅光電二極管按襯底材料的導

23、電類型不同，分為國產硅光電二極管按襯底材料的導電類型不同，分為2CU和和2DU兩種系列。兩種系列。2CU系列以系列以N-Si為襯底，為襯底，2DU系列以系列以P-Si為襯底為襯底。2CU系列的光電二極管只有兩條引線，而系列的光電二極管只有兩條引線，而2DU系列光電二極系列光電二極管有三條引線。管有三條引線。 3 3、光敏二極管和光敏三極管、光敏二極管和光敏三極管編輯ppt1 光敏二極管符號如圖。鍺光敏二極管有光敏二極管符號如圖。鍺光敏二極管有A，B，C，D四類；四類；硅光敏二極管有硅光敏二極管有2CU1AD系列、系列、2DU14系列。系列。 光敏二極管的結構與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外光

24、敏二極管的結構與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其殼中，其PN結裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電結裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于路中一般是處于反向工作狀態反向工作狀態，如圖所示。，如圖所示。PN光光光敏二極管符號光敏二極管符號RL 光光PN光敏二極管接線光敏二極管接線(1) (1) 光敏二極管光敏二極管編輯ppt1 光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小光敏二極管在沒有光照射時，反向電阻很大，反向電流很小。反向電流也叫做。反向電流也叫做暗電流暗電流當光照射時，光敏二極管的工作原理當光照射時，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。當

25、光不照射時，光敏二極管處于載與光電池的工作原理很相似。當光不照射時，光敏二極管處于載止狀態，這時只有少數載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層止狀態，這時只有少數載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流形成微小的反向電流即暗電流. 受光照射時，受光照射時，PN結附近結附近受光子轟擊，吸收其能量而受光子轟擊，吸收其能量而產生電子產生電子- -空穴對，從而使空穴對，從而使P區和區和N區的少數載流子濃度大區的少數載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏大增加，因此在外加反向偏壓和內電場的作用下，壓和內電場的作用下， P區的區的少數載流子渡越阻擋層進入少數載流子渡越阻擋層進入N區，區，

26、 N區的少數載流子渡越區的少數載流子渡越阻擋層進入阻擋層進入P區，從而使通過區，從而使通過PN結的反向電流大為增加，結的反向電流大為增加，這就形成了光電流這就形成了光電流。編輯ppt1編輯ppt1 A. PIN A. PIN管結光電二極管管結光電二極管 PIN管是光電二極管中的一種。它的結構特點是，在管是光電二極管中的一種。它的結構特點是，在P型半導型半導體和體和N型半導體之間夾著一層（相對）很厚的本征半導體。這樣，型半導體之間夾著一層（相對）很厚的本征半導體。這樣，PN結的內電場就基本上全集中于結的內電場就基本上全集中于 I 層中，從而使層中，從而使PN結雙電層的結雙電層的間距加寬，結電容變

27、小。間距加寬，結電容變小。 由式由式 = CjRL與與 f = 1/2知，知，Cj小，小，則小，頻帶將變寬。則小，頻帶將變寬。 P-Si N-Si I-SiPIN管結構示意圖管結構示意圖編輯ppt1最大特點：最大特點： 頻帶寬，可達頻帶寬，可達10GHz; 在反偏壓下運用可承受較高的反向電壓在反偏壓下運用可承受較高的反向電壓; 線性輸出范圍寬。線性輸出范圍寬。不不 足：足：I層電阻很大，管子的輸出電流小，一般層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點幾微安至數微安。多為零點幾微安至數微安。 目前有將目前有將PIN管與前置運算放大器集成在同一硅管與前置運算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個管殼內

28、的商品出售。片上并封裝于一個管殼內的商品出售。 編輯ppt1 雪崩光電二極管是利用雪崩光電二極管是利用PN結在高反向電壓下產生的雪崩結在高反向電壓下產生的雪崩效應來工作的一種二極管。效應來工作的一種二極管。 這種管子這種管子工作電壓很高工作電壓很高，約，約100200V，接近于反向擊穿電，接近于反向擊穿電壓。結區內電場極強，壓。結區內電場極強，光生電子在這種強電場中可得到極大光生電子在這種強電場中可得到極大的加速的加速，同時與晶格碰撞而產生電離雪崩反應。因此，這種，同時與晶格碰撞而產生電離雪崩反應。因此，這種管子有很高的內增益，可達到幾百。當電壓等于反向擊穿電管子有很高的內增益，可達到幾百。當

29、電壓等于反向擊穿電壓時，壓時，電流增益可達電流增益可達106，即產生所謂的雪崩。這種管子響應，即產生所謂的雪崩。這種管子響應速度特別快，速度特別快，帶寬可達帶寬可達100GHz，是目前響應速度最快的一種，是目前響應速度最快的一種光電二極管。光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個主要缺點。由于雪崩反應噪聲大是這種管子目前的一個主要缺點。由于雪崩反應是隨機的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于是隨機的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無反向擊穿電壓時，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無法使用。但由于法使用。但由于APD的響應時

30、間極短，靈敏度很高，它在光的響應時間極短，靈敏度很高，它在光通信中應用前景廣闊。通信中應用前景廣闊。 B. B. 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)(APD)編輯ppt1光電二極管的應用光電二極管的應用編輯ppt1編輯ppt1 光敏三極管有光敏三極管有PNP型和型和NPN型兩種，如圖。其結構與一般三型兩種，如圖。其結構與一般三極管很相似，具有電流增益極管很相似，具有電流增益,只是它的發射極一邊做的很大只是它的發射極一邊做的很大,以擴以擴大光的照射面積大光的照射面積,且其基極不接引線。當集電極加上正電壓且其基極不接引線。當集電極加上正電壓,基極基極開路時開路時,集電極處于反向偏置狀態。集電極

31、處于反向偏置狀態。當光線照射在集電結的基區當光線照射在集電結的基區時時,會產生電子會產生電子-空穴對空穴對,在內電場的作用下在內電場的作用下,光生電子被拉到集電光生電子被拉到集電極極,基區留下空穴基區留下空穴,使基極與發射極間的電壓升高使基極與發射極間的電壓升高,這樣便有大量的這樣便有大量的電子流向集電極電子流向集電極,形成輸出電流形成輸出電流,且集電極電流為光電流的且集電極電流為光電流的倍。倍。 PPNNNPe b bc RL Eec( 2 ) ( 2 ) 光敏三極管光敏三極管編輯ppt1編輯ppt1光敏三極管的主要特性：光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個光敏三極管存在一個最佳靈敏度

32、最佳靈敏度的峰值波長。當入射光的的峰值波長。當入射光的波長增加時，相對靈敏度要下降。因為光子能量太小，不足以波長增加時，相對靈敏度要下降。因為光子能量太小，不足以激發電子空穴對。當入射光的波長縮短時，相對靈敏度也下降激發電子空穴對。當入射光的波長縮短時，相對靈敏度也下降，這是由于光子在半導體表面附近就被吸收，并且在表面激發，這是由于光子在半導體表面附近就被吸收，并且在表面激發的電子空穴對不能到達的電子空穴對不能到達PN結，因而使相對靈敏度下降。結，因而使相對靈敏度下降。光譜特性光譜特性入射光相對靈敏度相對靈敏度/%硅鍺/40008000120001600010080604020 0硅的峰值波長

33、為硅的峰值波長為9000，鍺的峰值波長為鍺的峰值波長為15000。由于鍺管的暗電流比硅由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管的性能管大，因此鍺管的性能較差。故在可見光或探較差。故在可見光或探測赤熱狀態物體時，一測赤熱狀態物體時，一般選用硅管；但對般選用硅管；但對紅外紅外線線進行探測時進行探測時,則采用鍺則采用鍺管較合適。管較合適。編輯ppt1伏安特性伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極管在不同光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時的的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時的輸出特性一樣。因此，只要將入射光照

34、在發射極輸出特性一樣。因此，只要將入射光照在發射極e與基極與基極b之間之間的的PN結附近，所產生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極結附近，所產生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。光敏三極管能把光信號變成電信號，而管看作一般的晶體管。光敏三極管能把光信號變成電信號，而且輸出的電信號較大。且輸出的電信號較大。0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI/mA24620406080光敏晶體管的伏安特性U/V編輯ppt1光敏晶體管的光照特性I / AL/lx200400600800100001.02.03.0 光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的

35、光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的輸出電流輸出電流 I I 和照度之間的關系。它們之間呈現了近似線性關和照度之間的關系。它們之間呈現了近似線性關系。當光照足夠大系。當光照足夠大( (幾幾klx)klx)時，會出現飽和現象，從而使光敏時，會出現飽和現象，從而使光敏三極管既可作線性轉換元件，也可作開關元件。三極管既可作線性轉換元件，也可作開關元件。 光照特性光照特性編輯ppt1暗電流暗電流/uA光電流光電流/uA10 20 30 40 50 60 70T /C25 050100 02003004001020 30 4050 60 70 80T/C光敏晶體管的溫度特性光敏晶體管的溫度

36、特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關系。從特性曲線可以看出，溫度變化對光電流光電流與溫度的關系。從特性曲線可以看出，溫度變化對光電流的影響很小，而對暗電流的影響很大所以電子線路中應該對暗的影響很小，而對暗電流的影響很大所以電子線路中應該對暗電流進行溫度補償，否則將會導致輸出誤差。電流進行溫度補償，否則將會導致輸出誤差。溫度特性溫度特性編輯ppt1 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應。一特性受

37、負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應。一般來說，光敏三極管的頻率響應比光敏二極管差。對于鍺管，般來說，光敏三極管的頻率響應比光敏二極管差。對于鍺管，入射光的調制頻率要求在入射光的調制頻率要求在5 5k kHzHz以下。硅管的頻率響應要比鍺管以下。硅管的頻率響應要比鍺管好。好。0100100050050001000020406010080RL=1kRL=10kRL=100k入射光調制頻率 / HZ相對靈敏度/% 光敏晶體管的頻率特性光敏晶體管的頻率特性光敏三極管的頻率特性光敏三極管的頻率特性編輯ppt1編輯ppt1光電開關的結構和分類光電開關的結構和分類: :遮斷型遮斷型 反射型反射型反

38、射型分為兩種情況：反射鏡反射型反射型分為兩種情況：反射鏡反射型 被測物漫反射型（簡稱散射型）被測物漫反射型（簡稱散射型）4、光電開關光電開關遮斷遮斷型光電開關結構型光電開關結構編輯ppt1反射型光電開關結構反射型光電開關結構反射式煙霧探測電路反射式煙霧探測電路編輯ppt1透射式光電測速裝置透射式光電測速裝置編輯ppt15、 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發射的紅熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號的傳感器。外線而輸出電信號的傳感器。 熱釋電效應熱釋電效應是指由于溫度的變化而引起晶體表面電是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷變化的現

39、象。荷變化的現象。（a）在一定溫度下產生極化。）在一定溫度下產生極化。（b）兩種電荷分別吸引大氣中的正負電荷，晶體呈電中性。）兩種電荷分別吸引大氣中的正負電荷，晶體呈電中性。（c）溫度的變化，使晶體內表面極化電荷減少，外表面電荷不能立即）溫度的變化，使晶體內表面極化電荷減少，外表面電荷不能立即消失，外表面產生電壓。消失，外表面產生電壓。工作原理：工作原理：編輯ppt1結構及等效電路結構及等效電路編輯ppt1 人體溫人體溫37度，會發出度，會發出10um左右的紅外線，該紅外線左右的紅外線，該紅外線通過菲泥爾透鏡增強后聚集到熱釋電傳感器上，向外釋放通過菲泥爾透鏡增強后聚集到熱釋電傳感器上，向外釋放

40、電荷，后續電路即可檢測電荷，后續電路即可檢測。編輯ppt1編輯ppt1三、霍爾傳感器三、霍爾傳感器霍爾效應簡述霍爾效應簡述 如圖所示如圖所示, , 將一塊載流導將一塊載流導電板放入垂直于它的磁場中電板放入垂直于它的磁場中, ,當當有電流通過導電板時有電流通過導電板時, ,將在它的將在它的上、下兩側產生一個電位差。上、下兩側產生一個電位差。實驗發現實驗發現, ,在磁場不太強的情況在磁場不太強的情況下下, ,該電位差該電位差V VH H 與電流強渡與電流強渡I I 和磁感應和磁感應B B 成正比成正比, ,與導電板的與導電板的厚度厚度d d 成反比成反比, ,即即V VH H = k ( I B/

41、 d) = k ( I B/ d)式中式中: : V VH H 為霍爾電勢或電壓；為霍爾電勢或電壓；k k 為霍爾為霍爾( (靈敏度靈敏度) ) 系數系數,V/AT,V/AT。編輯ppt1 霍爾開關集成傳感器是利用霍耳效應與集成電路技霍爾開關集成傳感器是利用霍耳效應與集成電路技術結合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信術結合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信息有關的物理量，并以息有關的物理量，并以開關信號形式輸出開關信號形式輸出。霍耳開關集。霍耳開關集成傳感器具有使用壽命長、無觸點磨損、無火花干擾、成傳感器具有使用壽命長、無觸點磨損、無火花干擾、無轉換抖動、工作頻率高、溫度特性好

42、、能適應惡劣環無轉換抖動、工作頻率高、溫度特性好、能適應惡劣環境等優點。境等優點。1 1、霍爾開關集成傳感器、霍爾開關集成傳感器編輯ppt1 由穩壓電路、霍耳元件、放大器、整形電路、開路由穩壓電路、霍耳元件、放大器、整形電路、開路輸出五部分組成。輸出五部分組成。 穩壓電路穩壓電路可使傳感器在較寬的電源電可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內工作；壓范圍內工作；開路輸出開路輸出可使傳感器方便地與各種邏輯可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。電路接口。 （1 1）霍耳開關集成傳感器的結構及工作原理）霍耳開關集成傳感器的結構及工作原理霍耳開關集成傳感器內部結構框圖霍耳開關集成傳感器內部結構框圖23輸出輸出+

43、穩壓穩壓VCC1霍耳元件霍耳元件放大放大BT整形整形地地H編輯ppt13020T輸出輸出VoutR=2k+12V123（b）應用電路）應用電路 （a）外型）外型 霍耳開關集成傳感器的外型及應用電路霍耳開關集成傳感器的外型及應用電路123編輯ppt1（2 2）霍耳開關集成傳感器的工作特性曲線）霍耳開關集成傳感器的工作特性曲線 從工作特性曲線上可以看出，從工作特性曲線上可以看出，工作特性有一定的磁滯工作特性有一定的磁滯BH，這對開關動作的可靠性非常有利。這對開關動作的可靠性非常有利。 圖中的圖中的BOP為工作點為工作點“開開”的的磁感應強度，磁感應強度，BRP為釋放點為釋放點“關關”的磁感應強度。

44、的磁感應強度。霍耳開關集成傳感器的技術參數：霍耳開關集成傳感器的技術參數： 工作電壓工作電壓 、磁感應強度、輸出截止電、磁感應強度、輸出截止電壓、壓、 輸出導通電流、工作溫度、工作點。輸出導通電流、工作溫度、工作點。霍耳開關集成傳感器的工作特性曲線VOUT/V12ONOFFBRPBOPBHB0 該曲線反映了外加該曲線反映了外加磁場與傳感器輸出電平磁場與傳感器輸出電平的關系。當外加磁感強的關系。當外加磁感強度高于度高于BOP時，輸出電時，輸出電平由高變低，傳感器處平由高變低，傳感器處于開狀態。當外加磁感于開狀態。當外加磁感強度低于強度低于BRP時，輸出時，輸出電平由低變高，傳感器電平由低變高，傳

45、感器處于關狀態。處于關狀態。 編輯ppt1(3)(3)霍耳開關集成傳感器的應用霍耳開關集成傳感器的應用 A.A.霍耳開關集成傳感器的接口電路霍耳開關集成傳感器的接口電路RLVACVccVccVAC編輯ppt1VccVCCKVccKVccVCCVccMOSVOUTVCC霍耳開關集成傳感器的一般接口電路霍耳開關集成傳感器的一般接口電路RL編輯ppt1磁鐵軸心接近式磁鐵軸心接近式 在磁鐵的軸心方向垂直于傳感器并同傳感器軸心重合的條件下，在磁鐵的軸心方向垂直于傳感器并同傳感器軸心重合的條件下，霍耳開關集成傳感器的霍耳開關集成傳感器的L1-B關系曲線關系曲線NSA l N i C o 磁 鐵6.4320

46、.100.080.060.040.0202.557.51012.515 17.520距離L1/mmB/TL1隨磁鐵與傳感器的間隨磁鐵與傳感器的間隔距離的增加隔距離的增加, ,作用作用在傳感器表面的磁感在傳感器表面的磁感強度衰減很快。當磁強度衰減很快。當磁鐵向傳感器接近到一鐵向傳感器接近到一定位置時定位置時, ,傳感器開傳感器開關接通關接通, ,而磁鐵移開而磁鐵移開到一定距離時開關關到一定距離時開關關斷。應用時斷。應用時, ,如果磁如果磁鐵已選定鐵已選定, ,則應按具則應按具體的應用場合體的應用場合, ,對作對作用距離作合適的選擇。用距離作合適的選擇。 （4 4）給傳感器施加磁場的方式）給傳感器

47、施加磁場的方式編輯ppt1 磁鐵側向滑近式磁鐵側向滑近式 要求磁鐵平面與傳感器平面的距離不要求磁鐵平面與傳感器平面的距離不變，而磁鐵的軸線與傳感器的平面垂直。磁鐵以變，而磁鐵的軸線與傳感器的平面垂直。磁鐵以滑近移動滑近移動的的方式在傳感器前方通過。方式在傳感器前方通過。霍耳開關集成傳感器的霍耳開關集成傳感器的L2-B關系曲線關系曲線0.100.080.060.040.0202.557.51012.51517.520B/TNS空隙空隙2.05AlNiCo 磁鐵磁鐵6.432L2距離距離L2/mm編輯ppt1編輯ppt1（1 1）霍爾線性集成傳感器的結構及工作原理）霍爾線性集成傳感器的結構及工作原

48、理 霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場成線性比例關系霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場成線性比例關系。這類。這類傳感器一般由傳感器一般由霍耳元件霍耳元件和和放大器放大器組成，當外加磁場時組成，當外加磁場時, ,霍耳元件產生與霍耳元件產生與磁場成線性比例變化的霍耳電壓磁場成線性比例變化的霍耳電壓, ,經放大器放大后輸出。經放大器放大后輸出。 在實際電路設計中，為了提高傳感器的性能，往往在電路中設置在實際電路設計中，為了提高傳感器的性能，往往在電路中設置穩壓、電流放大輸出級、失調調整和線性度調整等電路。霍耳開關集成穩壓、電流放大輸出級、失調調整和線性度調整等電路。霍耳開關集成傳感器的輸出有

49、低電平或高電平兩種狀態，而霍耳線性集成傳感器的輸傳感器的輸出有低電平或高電平兩種狀態，而霍耳線性集成傳感器的輸出卻是對外加磁場的線性感應。出卻是對外加磁場的線性感應。 霍耳線性集成傳感器廣泛用于霍耳線性集成傳感器廣泛用于位置位置、力力、重量重量、厚度厚度、速度速度、磁場磁場、電流電流等的測量或控制。等的測量或控制。 霍耳線性集成傳感器有霍耳線性集成傳感器有單端輸出單端輸出和和雙端輸出雙端輸出兩種，其電路結構如下兩種，其電路結構如下圖。圖。2 2、霍爾線性集成傳感器、霍爾線性集成傳感器編輯ppt1單端輸出傳感器的電路結構框圖單端輸出傳感器的電路結構框圖23輸出+穩壓VCC1霍耳元件放大地H穩壓H3VCC地4輸出輸出18675 雙端輸出傳感器的電路結構框圖雙端輸出傳感器的電路結構框圖 單端輸出的傳感單端輸出的傳感器是一個三端器件，器是一個三端器件，它的輸出電壓對外加它的輸出電壓對外加磁場的微小變化能做磁場的微小變化能做出線性響應，通常將出線性響應，通常將輸出電壓用電容