文档介绍：第3章光电式传感器2
| 工作总结 | 商务报告 | 项目展示| 商务展示 |
倍增极的形状和位置设计得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。从阴极开始及在每个倍增极间依次加上加速电压。设每级的倍增率为通常是从等效电路和伏安特性曲线进行分析。光敏电阻在受到的光照变化时其电阻值将作相应变化。为了引出信号常将其和负载电阻串联,从光敏电阻的两端或负载电阻的两端引出信号。一个实际的光敏电阻开关电路如下图所示。
光敏电阻的基本电路
光敏电阻开关电路
25
由图可得电流为
设当照度变化时,光敏电阻值改变ΔRG,则电流变为
负号的物理意义为:当光敏电阻上的照度增加,电阻减小(即ΔRG<0)时,电流增加。
负载电阻
对应于某一照度或某工作点Q处的光敏电阻值
26
当电流为I时,从图可看出,输出电压为
U=E-IRL
当电流为I+ΔI时,输出电压为
U+ΔU=E-(I+ΔI)RL
则照度变化引起的信号电压变化为
结论：外加电压E越高,负载电阻越大,输出的信号电流和电压越大,但实际上,光敏电阻是受最大耗散功率Pmax限制的。光敏电阻在任何照度下都必须满足
27
图中给出了对应于照度E′、EQ和E″的光敏电阻的伏安特性曲线OB、OQ和OA。
照度变化时,电流和电压围绕工作点Q沿负载线变化。当照度为EQ时,光敏电阻RG和ΔRG可由实测或伏安特性求出。在同样的照度变化下,如果ΔRG越大,信号电流ΔI和信号电压ΔU也越大。
因Pmax数值一定,满足的曲线为一双曲线
28
1)负载电阻RL的确定
(1)一般情况下，
若光敏电阻RG和ΔRG及电源电压E已知,如何选择合适的RL以得到最大的信号电压u？
对RL求导
(2)较高的频率下,除选用高频响应较好的光敏电阻外,负载电阻RL也需取较小的值,否则时间常数较大,对高频响应不利。所以在较高频率下工作时,往往在失配的情况下工作,即取RL<RG。
阻抗匹配
29
2) 电源电压E的选择
RL不变时,E增大后的负载线为A′Q′B′,因为A′Q′>AQ,所以ΔU′>ΔU。但需注意,当E增大时,光敏电阻的损耗将增加,靠近允许功耗Pmax曲线。
信号电压ΔU随E的增大而增大
30
对于工作点Q0（图中正好在负载线EQ1与Pmax曲线的交点上）,电流I与电压U间的关系可用下式表示
I=tanα(E-U)=GL(E-U)
且：U≤Pmax/I
31
(1)一般情况下，当G2LE2-4GLPmax<0时,方程式无实数解,即负载线与Pmax曲线无交点,表示光敏电阻在Pmax曲线的左下部工作,例如负载线EQ3;当G2LE2-4GLPmax=0时,方程式的两个实数解相同,对应于切点Q2。在临界功耗点Q2处有
因此,当负载电阻RL=1/GL选定后,电源电压E被上式所限制,选用电源时不能超过此值,否则功耗有可能超过Pmax。另外使用时也不应超过光敏电阻的极限工作电压。
32
(2)为了电源设备简单,常公用一个电源,即E值为已知,则负载电阻或电导必须满足下式:
或
(3)为了得到大的电流变化,当RL→0,GL→∞时,则
用下式估算E:
照度最大时的光敏电阻值
33
(4)对弱信号的检测要着重考虑提高信噪比。光敏电阻的信号电压随电源电压而增大。光敏电阻的噪声在低偏置电压时主要是热噪声。当偏置电压升高时,流过光敏电阻的电流增加,电流噪声将起主要作用,并且噪声电压的增加速度比信号电压增加的速度快。所以信号电压US与噪声电压UN之比US/UN随偏置电压(或电流)的变化有一最佳值。光敏电阻的工作点应选在信噪比最大的偏置电压(或电流)处为最合适。由信噪比决定电源E后,应校验电压或功率是否超过该光敏电阻的允许值,并要留有余地。
34
考虑到环境变化(温度升高时光敏电阻的暗电流增大)和安全起见,光敏电阻的功耗应留有余地。如:,,,电源电压或偏置电压E可由下式求出:
若RL=ＲG=1MΩ, AG=,则由上式得E=63V。使用中也不要超过最大光电流,为此要控制入射的辐射通量。在高温环境下使用时,更要限制光电流,以免烧坏器件,并且尽可能不采用树脂封装的光敏电阻,而采用玻璃和金属材料封装的光敏电阻。
光敏电阻的面积
35
光电二极管和光电三极管
光电二极管是利用PN结单向导电性的结型光电器