大纲
简介
光的探测是植物、动物甚至设备的基本需求。设备研究人员一直致力于光探测技术，并开发出性能优异的设备。光是一种比无线电波波长短、频率高得多的电磁辐射。这是一种量子力学现象，以被称为光子的离散粒子形式出现。
光传感器是一种被动传感器，它通过检测存在于一定频率范围内的辐射能来指示光的强度。在电磁波的频谱中，用传感器探测的频率范围在红外到可见光到紫外线之间。
光传感器将光子形式的光能转换为电子形式的电能。因此，它们也被称为光电传感器或光电探测器或光电器件。
光传感器或光传感器可分为三种类型，根据影响的物理量。主要的类别是光敏电阻，光电和光电发射器。当暴露在光线下时，光电发射器就会发电。光敏电阻器在受到光照时会改变其电气性能。根据上述分类，可以对设备进行以下分类。
照片发射细胞:当受到能量充足的光子撞击时，这些类型的光器件会从光敏材料中释放出自由电子。一般使用的感光材料是铯。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
在这里,
h是普朗克常数(h = 6.626 * 10)-34年J s),
C是光速(C = 3 * 10)8米/秒)
λ是光的波长。
如果光的频率更高，光子的能量就更高。
照片导电细胞:这些类型的光器件在受到光照射时，其电阻的电性质会发生变化。常见的光导材料是硫化镉(CdS)，它用于光依赖电阻光电池。这些电池中的光电导率是由光照射到控制通过它的电流的半导体材料上产生的。对于给定的外加电压，当光的强度增加时，电流也增加。
伏打电池照片:这些类型的光电装置产生的电动势与辐射光的能量成正比。太阳能电池是一种常见的光伏电池，采用硒作为光伏材料。它们是由两种半导体材料夹在一起制成的，当光能入射到它们上时，会产生约0.5 V的电压。
图片结二极管:这些类型的光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中的两个主要器件。它们是专门为探测器应用而设计的。
光相关电阻(LDR)
光导型光传感器在光能作用下会发生物理性质的变化。光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，从而控制其中的电流流动。
最常见的光导电池类型是光相关电阻或LDR。顾名思义，光依赖电阻器是一种半导体器件，它的电阻会随着光的存在而改变。光相关电阻器通过在材料中创造电子-空穴对，将其电阻从黑暗中几千欧姆的高值改变为光线入射时的几百欧姆。
制作光相关电阻器最常用的材料是硫化镉(cd)。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敏电阻器。使用它的原因是因为它的光谱响应曲线与人眼的非常相似。它可以由一个简单的闪光灯光源控制，在可见光谱范围内，硫化镉材料的峰敏感波长约为560 nm ~ 600 nm。
硫化镉以线的形式沉积在绝缘体上，呈锯齿状，如下图所示。
产生锯齿形路径的原因是增加了暗电阻，从而减少了暗电流。这种电池被封装在玻璃中以保护基底不受污染。
光敏电阻器的符号如下所示。
目前最流行的光导电池是ORP12型硫化镉光导电池。
ORP12型光导体电池的特点是:峰值光谱响应为610 nm，暗电阻为10 MΩ，光照电阻为100 Ω。
光相关电阻分压器网络
光相关电阻器通常与带有单个直流电压源的电阻器串联。连接如下所示。
这种连接的优点是，不同强度的光在它们的连接处会产生不同的电压。这种连接是电压分压器网络或电位分压器的一个例子。其原因是由于电阻值与光相关的电阻器R异地恋将决定串联电阻R1．
串联连接中的电流是相同的，当依赖于光的电阻的电阻因光强而变化时，输出电压将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。在有阳光的情况下，光相关电阻的电阻将下降到100 Ω。光相关电阻的电阻在不同强度的光下的变化如下曲线所示。
光敏开关是光相关电阻器的一种常见应用。光相关电阻开关的电路如下所示。
它是一种带有继电器输出光激活开关的光传感器电路。光相关电阻R异地恋和电阻R1组成分压器网络。无光时，即在黑暗中，光相关电阻的电阻为兆欧姆数量级。基极偏置电压为零，晶体管处于关闭状态。
随着光强的增加，光相关电阻的电阻减小，偏置电压增加。在分压器网络确定的某个点，偏置电压升高到足以使晶体管打开。这反过来激活了继电器，它可以用来控制其他一些外部电路。
采用LDR的光感测电路
LDR开关的灵敏度相当低。为了提高光感应灵敏度，几乎不需要进行任何修改。将固定电阻R1替换为电位器VR1。晶体管被一个运算放大器取代，光相关电阻被并入惠斯通电桥。使用光相关电阻的新的和更敏感的光感应电路如下所示。
电阻LDR, VR1, R1和R2会形成惠斯通大桥桥端的LDR - VR1和R1 - R2形成一个输出电压为V1和V2的电位分压器。这些电压分别连接到运算放大器的非反相和反相输入。运算放大器作为差分放大器工作，其输出是两个输入电压V1和V2之差的函数。这也被称为带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上。当LDR光感应的电压V1低于作为参考电压的电压V2时，放大器的输出改变状态。这导致继电器激活，负载被接通。
当光的强度增加时，输出开关返回，继电器关闭。
在这里，当光线强度较低时，继电器就会打开。该操作可以通过颠倒光检测电阻和电位器的位置来逆转。现在，当光电平增加并超过参考电压设置的电平时，继电器被打开。
光电二极管
光电二极管属于光结类器件，它基本上是一种PN结光传感器。它们一般由半导体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，电子和空穴被分离，从而使结导电。
光电二极管的结构与任何其他传统结型二极管一样。典型的光电二极管如下图所示。
用于信号二极管和整流二极管的不透明涂层在光电二极管中是不存在的。这使得二极管足够透明，允许光线，并影响结的电导率。
光电二极管的符号如下所示。
操作原理
光电二极管对其容易流动的电流方向进行偏置，即反向偏置，因此泄漏电流非常低。如果一个具有足够能量的光子在二极管的结合处入射，一个电子就会被释放出来，如果它具有足够的能量，它可能会越过能量势垒，造成小的泄漏电流流动。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，当光电二极管正向偏压时，电流呈指数增长。当它反向偏置时，会出现一个称为反向饱和电流的小漏电流，并导致耗尽区增加。
当光电二极管用作光传感器时，锗型二极管的暗电流为10 μ a左右，硅型二极管为1 μ a左右。暗电流是光强为0勒克斯时的电流。
使用光电二极管的光感应
光电二极管可在两种模式下工作和偏压:光电伏打模式和光导电模式。
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，因为没有直流偏置在整个二极管。
下面是一个类似的电路，它将光产生的电流转换为电压，并由运算放大器放大。
这些电路利用运算放大器的两个输入端为零电压的特性，使二极管在没有任何直流偏置的情况下工作。运算放大器的这种配置给光电二极管一个高阻抗负载，导致相对于入射光强度更宽的电流范围。
在光导模式下，光电二极管是直流电偏置的，流过二极管的电流是由于直流电偏置造成的，光敏电流由电阻转换为电压，并由运算放大器放大。当应用偏置降低光电二极管的电容时，这种方法扩大了耗尽区域。
光导模式下的光电二极管电路如下图所示。
电容用于设置输出带宽为1 / (2πR)FCF)，也可以防止振荡。然而，由于电容要充电，RC会有延迟。
光电晶体管
除了用二极管制作光结器件外，还可以用晶体管制作光传感器。形象地说，一个光晶体管基本上是一个光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。
光电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-基底结反向偏置，使其暴露在光源下。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。
操作原理
光电晶体管的工作原理与光电二极管相似。附加的好处是它们可以提供比光电二极管更大的集电极电流和灵敏度。光电晶体管中的电流是光电二极管的50到100倍。通过将光电二极管连接在普通晶体管的集电极和基极之间，就可以转换成光电晶体管。
照片晶体管特性
光晶体管基本上是NPN晶体管，其大的基座端是电隔离的或不连接的。为了控制灵敏度，一些光电晶体管允许基座连接。如果使用基极连接，当光子撞击表面时产生基极电流，并导致集电极和发射极电流流动。
为了在集电极-基极交界处实现反向偏置，集电极相对于发射极具有更高的电位。在没有光的情况下，有少量正常的泄漏电流流过。当基极上有光时，该区域的电子-空穴对增加，产生的电流被晶体管操作放大。
光强、电流和输出电压的关系如下图所示。
利用光电晶体管进行光感测
下面是一个简单的用于感知光的电路，其中包括一个光电晶体管。
光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，可以由发射极和基极之间的电阻控制。
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晶体管和使用第二个双极NPN结晶体管。这第二个晶体管将提供额外的放大。
带第二晶体管的光电晶体管电路如下所示。
图达林顿晶体管的符号如下所示。
Photo Darlington晶体管由一个Photo Transistor组成，其发射极输出耦合到第二个更大的NPN晶体管的基极。照相达林顿装置是一种非常敏感的探测器，因为总电流增益是单个电流增益的乘积。
3反应
请分享基于黄昏到down开关的照片晶体管的更多细节
很容易理解。谢谢你！
我有金属屏蔽光电池，侧面没有41，它来自kawai风琴的脚踏板音量控制，我需要一个替换线，引线已经断了，可以识别或告诉我尺寸和类型。