大纲
介绍
检测光是植物，动物甚至设备等一切的基本需要。设备研究人员已经研究了光检测和开发设备的技术，可提供出色的性能。光是一种电磁辐射，波长越短，频率高于无线电波。它是量子力学现象，并以离散的颗粒称为光子。
光传感器是一种被动传感器，通过检测在一定频率范围内存在的辐射能来指示光的强度。在电磁波的光谱中，使用传感器探测的频率范围在红外到可见光和紫外线之间。
光传感器以电子形式的光子形式转换光源以电子的形式转换为电能。因此，它们也称为照片传感器或照片探测器或照片电气设备。
根据受影响的物理量，光传感器或光传感器可以分为三种类型。主要的类别是光电电阻，光电光伏和光电发射器。光发射器暴露在光线下会产生电能。光电阻器在受到光照时，其电性能会发生变化。根据以上分类，可以制作以下设备分类。
照片发射细胞:当这些类型的光敏器件被具有足够能量的光子撞击时，会从光敏材料中释放出自由电子。通常使用的光敏材料是铯。光子的能量取决于光的波长或频率。
光子的能量方程是
E = λ
这里，
h为普朗克常数(h = 6.626 * 10-34年j s），
C是光速(C = 3 * 108.小姐）
λ是光的波长。
如果光的频率更高，光子的能量也更高。
照片导电细胞:这些类型的光敏器件在受到光照射时，电阻的电学性质会发生变化。常用的光导材料是硫化镉(CdS)，用于光敏电阻光电池。这些光电池的光导性来自于光线照射到半导体材料上，而半导体材料控制着通过它的电流。对于给定的施加电压，当光的强度增加时，电流也增加。
光伏电池：这些类型的照片设备产生与辐射光的能量成比例的电位或EMF。太阳能电池是一种常见的光伏电池类型，并使用硒作为光伏材料。它们是通过夹选两个半导体材料而且当光能入射到它们上时，产生约0.5V的电压。
图片结二极管:这些类型的光电器件通常是半导体器件，利用光来控制电子或空穴在结上的流动。光电二极管和光电晶体管是这一类的两个主要器件。它们是专为探测器应用而设计的。
光相关电阻(LDR)
当光导光传感器受到光能时，其物理性质会发生变化。光敏电阻器是一种常见的光导器件。光敏电阻是一种半导体器件，它利用光能来控制电子的流动，从而控制其中电流的流动。
最常见的光导电池类型是光相关电阻或LDR。顾名思义，光相关电阻是一种半导体器件，它的电阻取决于光的存在。光相关电阻器通过在材料中制造电子-空穴对，将其电阻从黑暗中几千欧姆的高值改变为仅几百欧姆。
制作光相关电阻最常用的材料是硫化镉(CdS)。其他材料如硫化铅(PbS)，锑化铟(InSb)或硒化铅(PbSe)也可以用作半导体衬底。
硫化镉用于对近红外和可见光敏感的光电阻器。之所以使用它，是因为它的光谱响应曲线与人眼的光谱响应曲线非常相似。它可以由简单的光源如闪光灯控制，硫化镉材料的峰值敏感波长在可见光谱范围内约为560nm ~ 600nm。
硫化镉以螺纹形式沉积在绝缘子上，其形状为之字形，如下图所示。
其原因是增加暗电阻，从而减少暗电流。这种电池封装在玻璃中，以保护基板不受污染。
光电电阻的符号如下所示。
最流行的光电导细胞类型是ORP12硫化镉光电电池。
ORP12型光导体电池的特性如下:峰值光谱响应为610nm，暗电阻为10 MΩ，光照电阻为100 Ω。
光相关电阻分压器网络
轻依赖性电阻通常与电阻串联连接，电阻器串联串联。连接如下所示。
这种连接的优点是，在不同的光强度下，它们的连接处会出现不同的电压。这种连接是一个分压器网络或分压器的例子。其原因是由于光相关电阻的电阻值R异地恋将决定串联电阻R上的压降量1。
串联连接中的电流相同，并且由于光依赖电阻器由于光强度而变化的电阻，输出电压将通过使用分压器公式来确定。
输出电压V出= V在*(右1/（r.异地恋+ R1))。
在没有光的情况下，光相关电阻的电阻高达10 M Ω。在阳光的存在下，光相关电阻的电阻将下降到100 Ω。下面的曲线显示了光相关电阻在不同光强度下的电阻变化。
光敏开关是光敏电阻的一种常用应用。光相关电阻开关的电路如下所示。
它是一种具有继电器输出光激活开关的光传感器电路。光相关电阻R异地恋电阻R1形成分压器网络。当没有光线时，即在黑暗中，光依赖电阻的电阻是兆欧欧姆的顺序。基础偏置电压为零，晶体管关闭。
随着光强度的增加，光相关电阻的电阻减小，偏置电压增加。在由分压器网络决定的某一点上，偏置电压升高到足以打开晶体管。这反过来激活继电器，可以用来控制一些其他外部电路。
利用LDR的光传感电路
LDR开关的灵敏度相当低。为了提高感光灵敏度，可进行的修改很少。将固定电阻R1替换为电位器VR1。晶体管被运算放大器取代，光相关电阻被并入惠斯顿电桥。使用光相关电阻的新的更灵敏的光传感电路如下所示。
电阻LDR, VR1, R1和R2将形成惠斯通桥。桥梁LDR - VR1和R1-R2的侧面形成具有输出电压V1和V2的潜在分频器。这些电压分别连接到运算放大器的非反相和反相输入。操作放大器作为差分放大器操作，其输出是两个输入电压V1和V2之间的差的函数。这也称为具有反馈的电压比较器。反馈电阻RF用于提供所需的电压增益。
运算放大器的输出连接到一个可以控制外部电路的继电器。当LDR感光的电压V1低于参考电压V2时，放大器的输出状态发生变化。这使继电器激活，负载被接通。
随着光的强度增加，输出开关返回并关闭继电器。
当光强度较小时，继电器打开。通过反转光检测电阻和电位计的位置，可以反转操作。现在，当光线水平增加并且超过参考电压设定的电平时，继电器打开。
光电二极管
光电二极管属于光结器件，基本上是一种PN结光传感器。它们通常由半导体PN结制成，对可见光和红外光敏感。当光入射到光电二极管上时，电子和空穴分开，并允许结导电。
光电二极管是根据任何其他传统结二极管构造的。典型的光电二极管如下所示。
光电二极管中不存在信号和整流二极管中使用的不透明涂层。这使得二极管足够透明以允许光线并影响结的电导率。
光电二极管的符号如下所示。
工作原理
一个光电二极管偏向于它容易流动的方向的电流，即它是反向偏置，因此一个非常低的泄漏电流流动。如果一个能量充足的光子入射到二极管的接口处，一个电子被释放，如果它拥有足够的能量，它可以通过能量垒造成一个小的泄漏电流流动。电流的量与结的照度成正比。
光敏二极管特性
在没有光的情况下，光电二极管的电流-电压特性与普通二极管相似。与普通二极管类似，当光电二极管正偏置时，电流呈指数增长。当它是反向偏置时，一个小的泄漏电流称为反向饱和电流将出现，并导致耗尽区增加。
使用光电二极管作为光传感器时，锗型二极管的暗电流约为10µa，硅型二极管的暗电流约为1µa。暗电流是指光强为0勒克斯时的电流。
光电二极管的光传感
光电二极管可以在两种模式下工作和偏压:光伏模式和光导模式。
在光电模式下，光电二极管连接到虚拟地前置放大器。电路如下所示。
当光子入射时，产生一个电压，并被运算放大器放大。除了热产生的电流，没有基本的泄漏电流，因为在二极管上没有直流偏置。
下面是一个类似的电路，它将由光产生的电流转换为电压，并被运放放大。
这些电路利用运放的特性，其中两个输入端子在零电压下操作二极管没有任何直流偏置。运放的这种配置为光电二极管提供了高阻抗负载，从而相对于入射光的强度产生更大范围的电流。
在光电导模式中，光电二极管是DC偏置的，并且在二极管上流过的电流是由于DC偏置以及光感测由电阻器转换为电压并由操作放大器放大。当施加的偏置降低光电二极管的电容时，该方法加宽耗尽区域。
光导模式下的光电二极管电路如下图所示。
利用电容器将输出带宽设为1 / (2πR)FCF)，也可以防止振荡。然而，RC有一个延迟，因为电容必须充电。
光电晶体管
除了用二极管制造光结器件，还可以用晶体管制造光传感器。形象地说，光晶体管基本上是光二极管和放大晶体管的组合。
光电三极管、光电二极管和三极管的表示如下所示。
光晶体管的符号如下所示。
在光电晶体管中，集电极-基极结起光电二极管的作用。集电极-基极结是反向偏置的，将其暴露在光源下。这个结的电流被晶体管的正常作用放大，因此集电极电流很大。
工作原理
光电晶体管的工作原理与光电二极管相似。其额外的优点是可以提供比光电二极管更大的集电极电流和灵敏度。光电晶体管的电流是光电二极管的50到100倍。通过在普通晶体管的集电极和基极之间连接一个光电二极管，它可以转换为光电晶体管。
照片晶体管特性
光电晶体管基本上是NPN晶体管，其大底座端子电隔离或未连接。为了控制灵敏度，一些照片晶体管允许基座连接。如果使用基础连接，则当光子击中表面时产生基电流，并使收集器引起发射器电流以流动。
为了在集电极-基极结处实现反向偏压，集电极相对于发射极具有更高的电位。在没有光线的情况下，有少量正常的泄漏电流流过。在基极端有光的情况下，该区域的电子-空穴对数量增加，产生的电流被晶体管放大。
光强、电流与输出电压的关系如下图所示。
利用光敏晶体管的光传感
用于感测涉及照片晶体管的光的简单电路如下所示。
光敏晶体管的灵敏度取决于晶体管的直流电流增益。因此，整体灵敏度是集电极电流的函数，可以通过发射极和基极之间的电阻来控制。
对于高灵敏度的应用，如光耦合器，使用达林顿光电晶体管。它通常被称为Photo Darlington晶体管，并使用第二双极NPN结晶体管。这第二只晶体管将提供额外的放大效果。
一个光电晶体管和第二个晶体管的电路如下所示。
照片达林顿晶体管的符号如下所示。
一种光电达林顿晶体管包括一个光电晶体管，其发射极输出耦合到第二个更大的NPN晶体管的基端。照片达林顿器件是一个非常敏感的探测器，因为总电流增益是单个电流增益的乘积。
3反应
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