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光敏管的伏安特性

admin — Thu, 05 Jan 2012 05:47:19 +0000

光敏三极管由于其暗电流较大，为使光电流与暗电流之比增大，常在发射极、基极之间
接一电阻(约5kO左右)，对于硅平面光敏三极管由于其暗电流很小(小于10叫A)，一般不各
有基极外接引线，仅有发射极、集电极两根引线。光敏三极管原理、电路和符号见图9—13。
    光照    №月
    (1)光谱特性光敏管的光谱特性见图9—14。由图可见，当人射光波长增加时，相对灵敏
度要下降，这是因为光子的能量加太小，不足以激发出电子一空穴对。当入射光波长太短时，光
子在半导体表面附近激发的电子一空穴对，不能达到PN结，因此相对光谱灵敏度也下降。
    由图可知材料不同，响应峰值波长不同。因此，应根据光谱特性来确定光源和光电器件
的最佳匹配。
    (2)光照特性图9—15给出了光敏管的光照特性。它反映了集电极输出电流和照度之
间的关系。
    图9．16光敏管的伏安特性
    (4)温度特性温度对光敏管暗电流和光电流的影响，见图9．17。暗电流随温度升高
而增大是由于热激发造成的。在高温低照度下工作时，由于温度升高而产生的电流变(七是一
个必须考虑的误差信号，因为它影响测试的精度，为此在电路中应采取适当的温度补偿措
温度特性曲线
    (3)伏安特性图9．16所示即光敏管的伏安特性，由图可见，光敏二极管输出电流比
同样照度下光敏三极管输出的光电流要小，而且在零偏压时，二极管有光电流输出．

光敏管的结构和工作原理

admin — Thu, 05 Jan 2012 05:46:46 +0000

光敏二极管和光敏三极管
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9．3 2．1 光敏管的结构和工作原理
    地磅遥控器光敏二极管是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件，与一般半导体二极管类似，
其PN结装在管的顶部，以便接受光照，上面有一个透镜制成的窗口以便使光线集中在敏感
面上。光敏二极管在电路中通常工作在反向偏压状态，其电路原理见图9—12。如图所示，在
无光照时，处于反偏的光敏二极管．工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作
用下．渡越阻挡层形成微小的反向电流，即暗电流。
    当光敏二极管受到光照时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子，空穴对，从
而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反偏电压和内电场的作用下，P
区的少数载流子渡越阻拦层进入N区，N区的少数载流于渡越阻挡层进人P区，从而使通过
PN结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。
    光敏三极管与光敏二极管结构相似，不过内部有两个PN结，和一般三极管不同的是它
的发射极一边尺寸很小，“扩大光照面积。当基极开路时，基极、集电极处于反偏。当光照射
到集电结附近的基区时，使结附近产生电子．空穴对，它们在内电场作用下作定向运动形成
光电流。由于光照射产生的光电流相当于一般三极管基极电流，因此集电极输出的光电流就
被放大了(口+1)倍，从而使光敏三极管具有比光敏二极管更高的灵敏度。

不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数

admin — Thu, 05 Jan 2012 05:45:47 +0000

不同材料的光敏电阻具有不同的时间常数，因而它们的频率特性也就不相同。图9—9(”
所示为不同材料光敏电阻的频率特性，即相对光谱灵敏度与照度变化频率的关系曲线。
    (6)温度特性光敏电阻对温度影响也比较敏感，温度升高将导致暗电阻和灵敏度下
降。因此光电流随温度升高而减小．见图9．10。
    反映光敏电阻的温度特性可用温度系数“表示，温度系数越小越好，
    ”苦苎惫×100％(％删    (9—12)
式中R1——在给定光照下，温度为‘I时的电阻值；R2——在给定光照下，温度为‘2时的
电阻值。
    温度变化不仅影响灵敏度、暗电阻，而且它对光敏电阻的光谱特性也有很大影响，即随
温度的升高，峰值波长向短波方向移动，见图9一ll。
    因此，对光敏电阻灵敏面降温可提高对长波光的响应。

光敏电阻的光谱特性

admin — Thu, 05 Jan 2012 05:45:15 +0000

光敏电阻的光谱特性
    (d)硫化镕．(6)硒m镉。
    (4)伏安特性图9。8所示即是光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，不同照度曲线
的斜率不同，这表明电阻值随照度而改变。在照度一定时，电压增大时，光电流也大，而且没
有饱和现象。同一般电阻一样，光敏电阻两端的电压也不能无限制地提高，因为光敏电阻都
有最大额定功率，超过最高工作电压和最大额定电流，就口J能导致光敏电阻的永久性损坏。
    图9墙硫化铺光敏电阻的伏安特性
    (5)频率特性和响应时间当光敏电阻受到脉冲光作用时，光电流并不立刻上升到最
大值，这过程要经历一段时问。光照停止后，光电流也不立刻下降为零，也要经历一段时间。
响应时间的长短由时间常数r来描述。
    在产品说明书中往往给出时问常数的值。多数光敏电阻时问常数在10～～10。s数量
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级。图9—9(口)是光敏电阻响应时间曲线。由图可见，响应时间长短与照度有关，照度越大，响
应时间越短。
    图9-9 )~81P8应时l目和频翠特性曲线
    “)响应时间曲线．(6)额率特性曲＆。

两种光敏电阻的光谱特性

admin — Thu, 05 Jan 2012 05:44:08 +0000

光敏电阻的基奉特性和主要参数
    (1)暗电阻和暗电流所谓暗电阻是指在不受光照时，所测得的电阻值。这时在给定工
作电压下流过光敏电阻的电流称为暗电流。
    在受光照时，光敏电阻的阻值称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。亮电流和暗电流的
差值即称为光电流。
    亮阻与暗阻之差越大，说明光敏电阻性能越好，灵敏度高。实际用的光敏电阻，其暗阻大
都在1Mn～100M0范围内，而亮阻在几kn以下。
    (2)光敏电阻的光照特性光敏电阻中，光电流J}和外加直流电压u以及人射光通量
的关系可用下式表示：
    耳=cu。妒    (9一11)
式中 f一比例参数；a一电压指数，一般近似于1；口照度指数，通常小于1。
    几种常用光敏电阻光照特性见图9—6。
    (3)光谱特性光敏电阻对不同波长的光，其相对光谱灵敏度不同，而且各种光敏电阻
其光谱响应峰值波长也不相同，所以在选用光敏电阻时，把元件和光源的光谱特性结合起来
考虑，才能得到较为满意的匹配。图9．7是两种光敏电阻的光谱特性。

信息融合在机器人中的应用

admin — Mon, 02 Jan 2012 17:59:48 +0000

信息融合在机器人中的应用
8．4．1 手爪多传感器信息融合
    介绍一种视觉融合触觉的物体识别方法，所用的方法为指导法。图8．4为信息融合系统
构成框图。通过视觉融合触觉来识别物体的孔、腔、曲面等特征信息。这一系统可以识别厨房
常用器皿，如杯、碟、碗、壶等。识别物体的主要步骤如下：
    (1)通过视觉获取物体轮廓图像；
    (2)在视觉轮廓图像的基础上，获取图像各区域
的触觉数据以便决定区域是表面、孔或是腔：
    (3)若某一区域是表面，则通过触觉数据融合视
觉信息来产生可与模型数据库进行匹配的三维表面
片；
    (4)三维表面片和表示孔或腔的封闭曲线与模型
数据库进行匹配来识别物体；
    (5)一旦物体被识别出来，再利用主动式触觉去
获取其它没有敏感到的有用信息以便验证物体的其
它特性。
    介绍一种多传感器机器人手爪系统，如图8．5所
示。

特征信息识别等更复杂的变换

admin — Mon, 02 Jan 2012 17:58:41 +0000

有两种常见的多传感器信息融合模式。一种是同级或同层次信息融合如图8-1所示。其中xlJX2，…，x。表示n个传感器，／Axl)，^(x2)，…，^(墨)分别表示对n个传感器的输出信号进行变换．变换的形式可根据实际情况来定，比如变换可以是比例变换，信号滤波，图像纹理或边缘检测，也可以是特征信息识别等更复杂的变换。传感器信号变换信息№台方法信息融台结果 m 8 1 同级或同层次信息融合框图另一种信息融合模式是多级或多层次的信息融合，如图8．2所示。首先对x1和x2传感器信号进行融合形成第一级融合信息x1 2将x1 2同虬进行融合形成第二级融合信息 xm 3。以同样的方式，可以得到”个传感器的融台信息。图中虚线表示系统对各个信息融合点的操作。对图8—2作进一步的推广，即第一级融合可以是多个传感器的原始数据融合，也可以是特征级或高级融合；其它各级也可以是多个传感器的原始数据与上一级的融合结果进行融合形成新的融合结果或是多个上级融合结果的融合。

5．17．5 贝竟·纳赞(Baker．Nathan)效应

admin — Thu, 08 Dec 2011 08:53:19 +0000

5．17．5 贝竟·纳赞(Baker．Nathan)效应
    丙烯(岛心)或其他化合物中吸附于不饱和碳原子的甲基族(c地)物质，能够放出较物
理效应为多的电子的现象称为贝克·纳赞效应。
5．17．6彼得(BuddeJ效应·
    当光照射卤族元素，如氟、氯、演、碘时，这些元素的蒸气将发生膨胀，这种现象称为彼得
效应。这是因为光的照射使卤族元素原子结合放出热量．从而使其蒸气升温产生体积膨胀。
5．17．7 努森(K咖d湖)效应
    通常气体与固体相互作用，气体都要吸附于固体之上。当用吸附测量装置测量此吸附量
时，如果该气体压力较低并且吸附测量装置的管内壁与气体的平均自由行程大体相等时，则
可产生因温度不同造成的压差，这种现象称为努森效应。
第6章传感器材料
6．1金属和合金
6．1．1金属
6．1 1．1铂丝
    铂丝是重要的电阻温度计用材料。不同纯度的铂，物理和机械性能差别很大，表6-1列
出不同纯度等级的铂的物理性能。

s．17．2中性盐效应

admin — Thu, 08 Dec 2011 08:52:59 +0000

s．17．2中性盐效应
    在化学反应系统中加入中性盐(其水溶液既非碱性又非酸性的盐类)后，系统的离子强
度将发生变化．从而影响系统的反应速度，这种现象称为中性盐效应。
    中性盐效应包括有一次和二次效应。一次中性盐效应是指反应系统离于强度变化改变
反应离子的话化系数，从而影响反应速度的效应。二次中性盐效应则为活化系数的变化影响
反应系统的离解平衡，进而改变反应离子的浓度，引起中性盐本身反应速度改变的效应。
5．17．3饱和效应
j J7
    在高分子核磁共振吸收过程中．随人射电磁渡振幅的增加，高分子吸收电磁渡能量逐渐
减少的现象称为饱和效应。
    饱和效应是由于高分子的核自旋吸收能量较多时，来不及转移而产生的。核自旋因磁场
作用而能级分离，当它吸收外加电磁渡能量使其能级上升发生核磁共振时，其吸收的能量一
方面通过各个核自旋的相互作用而扩散为均一能量状态，另一方面向晶格转移，从而使棱自
旋能连续吸收电磁波能量。但能量的转移是需要一定的时间。当外加电磁波的振幅较大时，
核自旋吸收的能量也较多，但由于转移来不及，而使继续吸收的能量减少，产生饱和效应。
5．17．4电泳效应
    当水溶液(如食盐)电解时，溶液中的离子向电极方向移动(称为电泳)，因溶液流动阻
碍离子移动而减小其迁移率的现象称为电泳效应。
    离子的迁移率与溶液中电解质浓度、种类、颗粒形状及太小有关。利用电泳效应可以分
析蛋白质。

5．16．2 半导体衰面场效应

admin — Thu, 08 Dec 2011 08:52:44 +0000