Chương CẢM BIẾN QUANG 2.1 Cảm biến quang dẫn 2.1.1 Hiệu ứng quang dẫn • Hiệu ứng quang dẫn tượng giải phóng hạt mang điện vật liệu tác dụng ánh sáng làm tăng độ dẫn điện vật liệu • Trong chất bán dẫn, điện tử liên kết với hạt nhân, để giải phóng điện tử khỏi nguyên tử cần cung cấp cho lượng tối thiểu lượng liên kết Wlk Khi điện tử giải phóng khỏi nguyên tử, tạo thành hạt dẫn vật liệu 2.1.2 Cảm biến quang dẫn - Là cảm biến chế tạo vật liệu bán dẫn hoạt động dựa hiệu ứng quang dẫn - Tế bào quang dẫn cảm biến quang dẫn có độ nhạy cao Chiếu sáng V A L - Điện trở : Điện trở(Ω) 108 106 104 102 0,1 10 100 1000 Độ rọi sáng (lx) Hình 2.6 Sự phụ thuộc điện trở vào độ rọi sáng 2.1.3 Đặc điểm Đặc điểm chung tế bào quang dẫn: • Tỷ lệ chuyển đổi tĩnh cao • Độ nhạy cao • Hồi đáp phụ thuộc khơng tuyến tính vào thơng lượng • Thời gian hồi đáp lớn • Các đặc trưng khơng ổn định già hố • Độ nhạy phụ thuộc nhiệt độ • Một số loại đòi hỏi làm nguội 2.1.4 Ứng dụng a) Điều khiển rơ le: có xạ ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn, điện trở giảm, cho dòng điện chạy qua đủ lớn → sử dụng trực tiếp qua khuếch đóng mở rơle + + a) b) Dùng tế bào quang dẫn điều khiển rơle a) Điều khiển trực tiếp b) Điều khiển thông qua tranzito khuếch đại b) Thu tín hiệu quang: dùng tế bào quang dẫn để thu biến tín hiệu quang thành xung điện Các xung ánh sáng ngắt quảng thể qua xung điện, sở lập mạch đếm vật đo tốc độ quay đĩa Cảm biến quan dân dụng Cảm biến quang robot dò đường Cảm biến quang công nghiệp b) diot quang: giống diot thường (dùng loại điơt PIN) có vỏ suốt - Làm việc chế độ đặt ngược điện áp lên AK + Khơng có ánh sáng: diot khơng dẫn (giống diot thường) + Có ánh sáng: hạt dẫn điện tạo lượng ánh sáng diot dẫn điện 2.2.2 Sơ đồ ứng dụng photodiot a) Sơ đồ làm việc chế độ quang dẫn Là chế độ làm việc có điện áp ngược ngồi đặt vào Đặc trưng chế độ quang dẫn: + Độ tuyến tính cao + Thời gian hồi đáp ngắn + Dải thông lớn • Sơ đồ ES CP1 R2 R1 − + − + Rm Rm Ir R2 V0 − + ES R1+R2 C2 R1 a) b) Sơ đồ mạch đo dòng ngược chế độ quang dẫn a) Sơ đồ sở nhanh b) Sơ đồ tác động V0 b) Sơ đồ mạch chế độ quang thế: Là chế độ khơng có điện áp ngồi đặt vào, có ánh sáng chiếu vào tạo thành hiệu điện đầu diot Đặc trưng chế độ quang thế: + Có thể làm việc chế độ tuyến tính logarit tuỳ thuộc vào tải + Ít nhiễu + Thời gian hồi đáp lớn + Dải thông nhỏ + Nhạy cảm với nhiệt độ chế độ logarit Sơ đồ: R2 Rm _ IOC + _ + Vco V0 R1 R1=Rm b) a) Sơ đồ mạch đo chế độ quang a) Sơ đồ tuyến tính b) Sơ đồ logarit V0 2.2.3 Ứng dụng thực tế 2.3 Phototranzito (tranzitor quang) 2.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Phototranzito tranzito mà vùng bazơ chiếu sáng, khơng có điện áp đặt lên bazơ, có điện áp C, đồng thời chuyển tiếp B-C phân cực ngược Điện | + a) b) C B E c) Hình 2.19 Phototranzito a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ tương đương c) Tách cặp điện tử lỗ trống chiếu sáng 2.3.2 Sơ đồ dùng phototranzito Phototranzito dùng làm chuyển mạch, làm phần tử tuyến tính + + a) b) + c) + + d) Hình 2.21 Photodiotzito chế độ chuyển mạch a) Rơle b) Rơle sau khuếch đại c) Cổng logic d) Thyristo Tranzitor quang điều khiển rơle Optocoupler (cách ly quang): Mạch cách lý quang 2.4 Cảm biến quang điện phát xạ 2.4.1 Hiệu ứng quang điện phát xạ Hiệu ứng quang điện phát xạ hay gọi tượng điện tử giải phóng khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng chiếu vào chúng xạ ánh sáng có bước sóng nhỏ ngưỡng định thu lại nhờ tác dụng điện trường Cơ chế phát xạ điện tử chiếu sáng vật liệu xẩy theo ba giai đoạn: • Hấp thụ photon giải phóng điện tử bên vật liệu • Điện tử vừa giải phóng di chuyển đến bề mặt • Điện tử khỏi bề mặt vật liệu 2.4.2 Tế bào quang điện chân không Tế bào quang điện chân khơng gồm ống hình trụ có cửa sổ suốt, hút chân không (áp suất ~ 10-6 - 10-8 mmHg) Trong ống đặt catot có khả phát xạ chiếu sáng anot Φ K A A K A K Sơ đồ cấu tạo tế bào quang điện chõn khụng S Ia (àA) A Ia 4,75 mW E 2,37 mW K R U 0,95 mW a) 20 40 b) 60 80 100 120 Vak (V) Sơ đồ tương đương đặc tính V-I tế bào quang điện chân khơng + Vùng điện tích khơng gian đặc trưng tăng mạnh dòng điện áp tăng + Vùng bảo hồ đặc trưng phụ thuộc khơng đáng kể dòng vào điện áp 2.5 Mã vạch (Bar code) Mã vạch hệ mã quy ước dùng hệ thống sản xuất để nhận dạng, phân loại, kiểm tra …các chi tiết, hàng hóa Có nhiều loại mã vạch phổ biến UPC (mã sản phẩm thông dụng – Universal Product Code), mã OCR (nhận dạng ký tự quang – Optical Character Recognition) Mã vạch vạch đậm mảnh dùng để mã hóa số hay chử cái, mã vạch in trực tiếp lên sản phẩm in riêng dán lên sản phẩm ... nguyên tử, tạo thành hạt dẫn vật liệu 2. 1 .2 Cảm biến quang dẫn - Là cảm biến chế tạo vật liệu bán dẫn hoạt động dựa hiệu ứng quang dẫn - Tế bào quang dẫn cảm biến quang dẫn có độ nhạy cao Chiếu... biến quang robot dò đường Cảm biến quang công nghiệp 2. 2 Photođiot (điot quang) 2. 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động a) Diot thường - Khi điện áp thuật đặt lên AK  diot dẫn - Khi điện áp ngược đặc... logarit Sơ đồ: R2 Rm _ IOC + _ + Vco V0 R1 R1=Rm b) a) Sơ đồ mạch đo chế độ quang a) Sơ đồ tuyến tính b) Sơ đồ logarit V0 2. 2.3 Ứng dụng thực tế 2. 3 Phototranzito (tranzitor quang) 2. 3.1 Cấu tạo