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。
光传感器是一种无源传感器，用于通过检查在一定频率范围内存的辐射能量来指示光的强度。在电磁波的光谱中，用于使用传感器检测的频率范围在红外线之间以可见和高达紫外线。
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。
光传感器或光传感器可以根据受影响的物理量归类为三种类型。主类是光电，光伏和照片发射器。照片发射器在暴露于光线时会产生电力。光电电阻在照明时改变其电气性能。基于上述类，可以进行以下对设备的分类。
照片发光细胞：当通过足够的电能击打时，这些类型的光电设备从轻敏材料中释放自由电子。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 = HC /λ
这里，
h是普朗克的常数（h = 6.626 * 10-34j s），
C是光的速度（C = 3 * 108.小姐）
λ是光的波长。
如果光的频率较高，则光子的能量较高。
光电电池：这些类型的照片设备在对其进行光线时改变其电阻的电性能。普通的光电导材料是硫化镉（Cds），其用于光依赖电阻器光电池。这些电池中的光电导性由击中通过其控制电流流动的半导体材料来产生。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。
照片结二极管：这些类型的光电设备通常是半导体器件，并且使用光来控制在整个结时的电子或孔的流动。光电二极管和照片晶体管是此类别中的两个主设备。它们专为探测器应用而设计。
光依赖电阻（LDR）
当经过光能时，光电导光传感器将改变其物理性质。光电电阻是一种常见的光电导装置。光电电阻是一种半导体器件，它使用光能来控制电子流，从而控制它们的电流。
最常见的光电导电池类型是光依赖电阻或LDR。顾名思义，光依赖性电阻是根据光的存在改变其电阻的半导体器件。光依赖电阻器通过在材料中创建电子孔对在其上发生在暗中时，在黑暗中的高值为几千欧姆的电阻从高值达到几百欧姆的变化。
用于制造光依赖性电阻的最常见的材料是硫化镉（CD）。铅硫化铅（PBS），抗衍生物（INSB）或铅硒化烯（PBSE）的其他材料也可用作半导体衬底。
硫化镉用于光电电阻，对近红外和可见光敏感。所用原因是因为它与人眼的光谱响应曲线紧密相似。它可以通过像闪光灯的简单，光源控制，并且在可见光谱范围内硫化镉材料的峰值敏感波长为约560nm至600nm。
如下所示，硫化镉作为锯齿形线的形状的绝缘体上的螺纹图案沉积。
Z字形路径的原因是增加暗电阻，因此降低了暗电流。该电池封装在玻璃中以保护基材免受污染。
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类型的光导电池的特性如下：峰值光谱响应是610nm，暗电阻为10mΩ，照明时电阻为100Ω。
光依赖电阻分压器网络
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。
这种连接的优点是它们在其交界处的不同电压的外观，用于不同的光强度。该连接是分压器网络或潜在分频器的示例。原因是因为光依赖电阻r的电阻值LDR.将确定串联电阻器r的电压降的量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出去= V.在*（R.1/（r.LDR.+ R.1）））。
在没有光的情况下，光相关电阻的电阻高达10mΩ。在阳光下，光依赖电阻的电阻下降至100Ω。在下面的曲线中示出了在不同光强度下的光依赖电阻的电阻的变化。
光敏开关是光依赖电阻的常见应用。光相关电阻开关的电路如下所示。
它是一个带继电器输出光激活开关的光传感器电路。轻依赖电阻器rLDR.和电阻器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。
随着光的强度增加，光相关电阻的电阻减小并且偏置电压增加。在由分压器网络确定的某个点处，偏置电压率为足以转动晶体管接通。这反过来激活了可用于控制其他外部电路的继电器。
使用LDR光敏电路
LDR开关的灵敏度相当低。为了提高光敏的灵敏度，可以应用很少的修改。固定电阻R1用电位计VR1代替。晶体管被运算放大器替换，并将光依赖电阻结合到惠斯通桥中。使用光相关电阻的新的更敏感的光敏电路如下所示。
电阻器LDR，VR1，R.1和R.2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。
操作放大器的输出连接到可以控制外部电路的继电器。当电压V1由于LDR的光感测而低于用作参考电压的电压V2时，放大器的输出改变其状态。这导致继电器激活，并打开负载。
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
光电二极管是在基本上是PN结光传感器的光电连接装置中。它们通常由半导体PN结制成，对可见光和红外光敏感。当光入射在光电二极管上时，电子和孔被分离，并将允许结的交叉来进行。
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
光电二极管偏向其易于电流方向，即反向偏置，使得非常低的漏电流流动。如果足够的能量的光子在其交界处入射在二极管上，则电子被释放，如果它具有足够的能量，则可能通过能量屏障导致小漏电流流动。电流量与结的照明量成比例。
照片二极管特性
在没有光的情况下，光电二极管的电流 - 电压特性类似于正常二极管的电流 - 电压特性。与正常二极管类似，当光电二极管正向偏置时，电流的指数增加。当它反向偏置时，将出现称为反向饱和电流的小漏电流并导致耗尽区域的增加。
当光电二极管用作光传感器时，对于锗型二极管，暗电流约为10μA，对于硅式二极管，为1μA。当光线的强度为0勒克斯时，暗电流是当前的。
使用光电二极管光感测
光电二极管可以以两种模式操作和偏置：光伏模式和光电导模式。
在光伏模式下，光电二极管连接到虚拟接地前置放大器。电路如下所示。
当光子入射时，产生电压并由操作放大器放大。除了热产生的电流外，没有基本漏电流，因为二极管没有DC偏置。
在下面示出了将由光产生的电流转换为电压并通过运算放大器放大的类似电路。
这些电路利用了运算放大器的特性，其中两个输入端子处于零电压以操作二极管而没有任何直流偏压。运算放大器的这种配置给光电二极管提供了高阻抗负荷，导致相对于入射光强度的更宽范围的电流。
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。
光导模式中的光电二极管电路如下所示。
电容器用于将输出带宽设置为1 /（2πrFCF）并防止振荡。但是，由于电容器必须充电，因此RC延迟。
PhotoLro ansistor
除了从二极管中制作光电连接装置之外，还可以构造来自晶体管的光传感器。图形地，光晶体管基本上是光电二极管和放大晶体管的组合。
光电晶体管与光电二极管和晶体管的表示如下所示。
光晶体管的符号如下所示。
在光晶体管中，集电极基结用作照片二极管。收集器基准结是将其暴露于光源的反向偏置。通过正常晶体管动作放大该结的电流，因此集电器电流大。
工作原理
光电晶体管的操作类似于光电二极管的操作。额外的益处是它们可以提供比光电二极管的大集电器电流和敏感。光电二极管的光电二极管的情况下，光晶体管中的电流大于50至100倍。通过将光电二极管连接在正常晶体管的集电极和基极端之间，可以将其转换为照片晶体管。
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。
为了在集电极基结处实现反向偏压，收集器相对于发射器处于较高的电位。在没有光的情况下，少量的正常漏电流流动。在基础端子上的光存在下，通过晶体管操作放大该区域中的电子 - 空穴对的数量增加并且产生电流。
光强度，电流和输出电压之间的关系如下所示。
使用照片晶体管光敏
用于感测涉及照片晶体管的光的简单电路如下所示。
光晶体管的灵敏度取决于晶体管的DC电流增益。因此，可以通过发射极和基座之间的电阻来控制作为集电极电流的功能的整体灵敏度。
对于高灵敏度应用，如光电耦合器，使用达林顿照片晶体管。它通常被称为照片达林顿晶体管，并使用第二双极NPN结晶体管。该第二晶体管将提供额外的放大。
具有第二晶体管的光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。
Photo Darlington晶体管由光电输出耦合到第二较大NPN晶体管的基底端子的光电晶体管。照片达林顿设备是一个非常敏感的探测器，因为总电流增益是各个电流收益的产品。
3回复
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很容易遵循。谢谢你。
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