第八章 光电式传感器 电子信息及电气工程系.

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1 第八章 光电式传感器 电子信息及电气工程系

2 8-1 光电效应 一、外光电效应及器件： 1、外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子吸收光的能量逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应（如光电管）。 红线频率：物体对应的光频阈值。 f光线< f红线, 再大的光强也不能导致电子发射； f光线> f红线，微弱的光线即可导致电子发射。

3 2、外光电器件：光电管 红外光源：银氧铯为阴极，构成红外探测器、 夜视镜等

4 光电倍增管：可方法几万倍到几十万倍

5 二、内光电效应及器件 1、内光电效应 1）光电导效应：光照在物体上，使其电阻率ρ发生变化的效应。即电子吸收光能后，从键合状态过度到自由状态，从而引起电导率的变化。 （器件：光电阻） 照射光波长限： 只有照射光波长<λC方可产生内光电效应 2）光生伏特效应： 势垒效应（结光电效应）：接触的半导体或PN结中，当光线照射其接触区时，引起光电动势。 （器件：光电池，光敏晶体管（光敏三极管、光敏二极管））

6 原理： 入射光照射在PN结上时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度Eg时，则在PN结内产生电子空穴对，它们的移动使PN结产生电势。 三价 空穴 + 五价 电子 P N -

7 三、内光电效应器件 1、光敏电阻 结构： 原理：照射光强↑→RG↓→ I↑ 光照停止， RG恢复。

8 暗电阻：不受光照射时的电阻1~10MΩ （大好） 亮电阻：受光照射时(100LX ）的电阻几百至数千Ω 暗电流：对应暗电阻的电流（小好）
主要参数： 暗电阻：不受光照射时的电阻1~10MΩ （大好） 亮电阻：受光照射时(100LX ）的电阻几百至数千Ω （小好） 暗电流：对应暗电阻的电流（小好） 伏安特性 光照特性 亮电流：对应亮电阻的电流（大好） 光电流：亮电流 - 暗电流（大好）

9 特点：灵敏度高（光照后阻值急剧下降），光
谱特性好，使用寿命长，稳定，体积小。 但频率低，非线性，宜用作开关量。

10 2、光电池： 特点：频率特性好，转换效率高，频谱宽， 稳定性好。

11 光电池的光谱特性： 硒光电池用于可见光 注意光源与光电池的匹配 硅光电池的光照特性 短路电流： （测量用） 线性，负载电阻小好 开路电压：非线性 硒 硅

12 光电池的频率特性： 硅光电池频率响应高，可用于高速场合 光电池的温度特性： 设计中应考虑温度的补偿

13 3、光敏二极管 原理： 入射光照射在PN结上时在PN结内产生电 子空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流

14 照射光↑→I↑光敏二极管处于导通状态 光照停止，光敏二极管处于截止状态 正向电阻：类似普通二极管 反向电阻：∞，随光照变化

15 光敏二极管的伏安特性 1）类似普通二极管 2）无意义 3）反向工作： 电流与光照相关 光照一定时相当于恒流源 4）不加反压类似光电池 2 1

16 4、光敏三极管 原理：入射光照射在PN结上时在PN结内产生电子空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流。光照发射结产生的光电流相当于三极管的基极电流，其集电极电流是它的β倍。

17 光敏三极管的伏安特性 光敏三极管的光照特性
光敏三极管的温度特性 光电流 暗电流

18 光敏三极管的光谱特性 红外探测用锗管 ，大部分情况下用硅管（暗电流小）

19 光敏三极管的 频率特性： 频率响应比光敏二极管差。 硅管好于锗管

20 例：印刷纸张监控器

21 5）光偶合器件 特性曲线： 线性差 用途：隔离

22 作 业 试比较光电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管特点。 试设计一测试水浊度的电路。