传感器原理作业

8-2试述光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的工作原理，在实际应用。

时答：原理：

1、光敏电阻是内光电效应器件，它是利用光电导效应。即当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。

2、光敏二极管结构与一般二极管相似。装在透明玻璃外壳中，pn结装在管的顶部，可直接受到光照射。在电路中光敏二极管一般处于反向工作状态，在没有光照射时，反向电流很小，称为暗电流；当光照射在pn结上，使pn结附近产生光生电子—空穴对，在pn结处内电场作用下定向运动，形成光电流。

光的照度越大，光电流越大。因此，光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。

3、光敏晶体管具有两个pn结，发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压，当光照射在集电结时，在结附近产生电子—空穴对，会有大量的电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流的β倍，所以光敏晶体管有放大作用。

4、光电池是因为有较大面积的pn结，当光照射在pn结上时，在结的两端出现电动势，从而成为电源。

特点：1、光敏电阻的灵敏度与入射光波的波长有关系，而且初制成的光敏电阻由于电阻体与其介质的作用还没有达到平衡，性能不稳定。需要在人工加温、光。各。有。

什。么。特。点。

照及加负载情况下，性能可达稳定。不过在稳定平衡之后光敏电阻的性能就变得很稳定了，而且光敏电阻使用寿命在密封良好、使用合理的情况下几乎是无限长的。

2、光敏二极管是在有光照时导通无光照时截止，在实际应用中药对光敏二极管的暗电流进行补偿，否则会导致输出误差。

3、光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应范围，但输出电压响应也减小，另外，光敏三极管也需要对暗电流进行补偿。

4、与其他的原件都不同，光电池可以作为电源使用，而且硅光电池的**便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。8-3光电耦合器分为哪两类？各有什么用途？

答：光电耦合器件可分为线型ccd图像传感器和面型ccd图像传感器两类。线型ccd图像传感器可以直接接收一维光信息，但是不能直接讲而为图像先好转换为**信号输出，为了得到整个二维图像的**信号，就必须使用扫描的方法，而民星ccd图像传感器主要用于摄像机及测试技术。

8-6光在光纤中怎样传输的？对光纤及入射角有什么要求？

答；光在光纤中通过全反射传输，光的传播路径是一条折线，，由于光线入射到光纤中需要满足在光纤中全反射的要求，所以光线的入射角要满足：8-7光纤数值孔径na的物理意义是什么？对na的取值大小有什么样的要求？

答：光纤的数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反应光纤接受光量的多少。

一般希望有大的数值孔径，这样有利于提高耦合效率，但是数值孔径过大，会。

造成信号畸变，所以要选择适当的数值孔径值，如石英光纤的数值孔径一般为0.2~0.4。

9-1简述气敏元件的工作原理。

答：电阻型半导体气敏传感器利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。

当氧化型气体吸附到n型、还原型气体吸附到p型半导体上时，半导体载流子减少，而使电阻值增大。当还原型气体吸附到n型、氧化型气体吸附到p型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。气体浓度发生变化，阻值也变化。

据此，可从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。9-3什么叫做湿敏电阻？湿敏电阻有哪些类型？

各有什么特点？

答：湿敏电阻是指能够感受外界湿度变化，并通过材料物理或化学性质变化将湿度转化成相应的阻值变化的电阻。湿敏电阻可以分为氯化锂湿敏电阻和半导体陶瓷湿敏电阻两类。

氯化锂湿敏电阻的特点是滞后小，不受测试环境风速影响，检测精度达-5%~+5%，但其耐热性能差，不能用于**一下测量，器件性能往复性不理想，使用寿命短。陶瓷型传感器根据材料来分种类繁多，各有各的有点和缺点，大多数的陶瓷传感器有很好的稳定性，有的还不需要加热，而且可以做的体积很小。

9-4根据半导体色敏传感器的结构和等效电路，描述其工作原理。答：等效电路图如下。

pnp3

等效电路图结构图。

当光入射时，两个pn结间的势垒区中都有光子吸收，但是效果不同，在此，深结对紫外光部分吸收系数大而红外部分吸收系数小，这类光波则主要在深结区吸收，因此深结的那只光电管对红外光灵敏度高。这就说明在半导体中不同区域对不同的波长有不同的灵敏度，从而可以可以构成能辨别不同波长的色敏传感器。