光电效应及光电元器件
10.1光电效应及光电元件
2011-4-20
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内光电） 2、光敏二极管 （内光电）
将光敏二极管的 PN 结设置在透明管 壳顶部的正下方， 壳顶部的正下方，光 照射到光敏二极管的 PN结时，电子 空穴 结时， 结时 电子-空穴 对数量增加， 对数量增加，光电流 与照度成正比。 与照度成正比。
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光敏二极管的反向偏置接法 光敏二极管的反向偏置接法
第十章
光电传感器
本章学习光电效应、光电元件 本章学习光电效应、 的结构、工作原理、特性以及光电 的结构、工作原理、 传感器的各种应用， 传感器的各种应用，掌握光电开关 及光电断续器的使用方法。 及光电断续器的使用方法。
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1905年德国物 年德国物 理学家爱因斯坦用 光量子学说解释了 光电发射效应， 光电发射效应，并 为此而获得1921年 为此而获得 年 诺贝尔物理学奖。 诺贝尔物理学奖。
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光电池的光电特性
开路电压为 对数特性
短路电流为 线性特性
一个典型的硅光电池的光电特性 一个典型的硅光电池的光电特性 1—开路电压曲线 开路电压曲线 2—短路电流曲线 短路电流曲线
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当负载短路时， 当负载短路时，光电流在很大范围内与照 度成线性关系。 度成线性关系。当希望光电池的输出与光 照度成正比时， 照度成正比时，应把光电池作为电流源来 使用；当被测非电量是开关量时， 使用；当被测非电量是开关量时，可以把 光电池作为电压源来使用。 光电池作为电压源来使用。 提问：如果要得到 的输出电压， 提问：如果要得到1.5V的输出电压，提 的输出电压 供给液晶计算器使用， 供给液晶计算器使用，必须将几块光电池 串联/并联起来 并联起来？ 串联 并联起来？
光电式传感器 光电效应及常用的光电元件 光电发射效应及典型器件
3. 光电倍增管
光电倍增管外形
➢光电倍增管由光阴极、倍增极、阳极组成，其中倍增极通常为12-14级，多的可达 30级。倍增极能在电子轰击下发射出更多“次级电子”，可将阴极的光电流放大几万 至几百万倍，故其灵敏度要比普通光电管高得多。
3. 光电倍增管
光电倍增管工作原理图
当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场 进入倍增系统，并利用二次电子释放效应得到倍增放大，最后把放大后的电子用阳极 收集作为信号输出。
2. 光电管
光电管外形
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
3. 光电倍增管 ➢光电倍增管（photomultiplier）建立在外光电效应、二次电子发射和电子光学理论 基础上，结合了高增益、低噪声、高频率响应和大信号接收区等特征，是一种具有极 高灵敏度和超快时间响应的光敏电真空器件。
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
2. 光电管
➢ 光电管是（phototube）基于外光电效应的基本光电转换器件。 ➢光电管分为真空光电管和充气光电管。 ➢光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料作为阴极，球心 放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向 阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，可增加光电管的灵敏度。 ➢光电管灵敏度低、体积大、易破损，已被固体光电器件所代替。
4.1.2 光电发射效应及典型器件
课程内容
1 . 光电发射效应 2. 光电管 3. 光电倍增管
6.1 光电效应和光电器件
4.温度特性
指暗电流及亮电流与 温度的关系。
温度变化对光敏晶体 管的亮电流影响不大， 但对暗电流的影响非 常大，并且是非线性 的，将给微光测量带 来误差。
图6.12 光敏晶体管的温度特性 1—亮电流 2—暗电流
6.1 光电效应和光电器件
5.响应时间 工业用的硅光敏二极管的响应时间为
10-5～10-7S 左右，光敏三极管的响应时 间比二极管约慢一个数量级，因此在要 求快速响应或入射光、调制光频率较高 时应选用光敏二极管。
6.1 光电效应和光电器件
2.内光电效应 在光线照射下，物体内的电子不能逸
出物体表面，而使物体的电导率发生变 化或产生光生电动势的效应称为内光电 效应。
基于内光电效应的光电元件有光敏电 阻、光敏二极管、光敏三极管和光敏晶 闸管等 。
6.1 光电效应和光电器件
3．光生伏特效应 在光线作用下，使物体产生一定方向
6.1 光电效应和光电器件
（a）
（b）
（a）光敏电阻的结构
（b）光敏电阻图形符号
图 6.4 光敏电阻
1—梳状电极 2—光导体 3—透光窗口 4—外壳
5—绝缘基体 6—黑色玻璃支柱 7—引脚
6.1 光电效应和光电器件
(2) ①暗电阻 光敏电阻在不受光照射时的阻值称
为暗电阻， 此时流过的电流称为暗电流。 ②亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为
件组装在同一管壳中，且两者的管芯相 对，除光路外二者完全隔离。在工作时， 电信号加在输入端，使发光元件发光， 同一管芯中的光敏元件接收到这种光辐 射后输出电流，实现了电—光—电的两 次转换。
6.1 光电效应和光电器件
(a) 光电耦合器结构 （b）光电耦合器符号 图 6.17 光电耦合器
第7讲 光电效应和光电器件
100
50 0 1
20
40 U/V
思考：我们为了得到更大的光电流，能否无限 增大电压？
光敏电阻的特性5-频率特性
I / %
100 硫化铅
80
60 40 20 0 10
硫化镉
•思考：光敏电阻能否 用在要求快速响应的场 合？
102 103
104 f / Hz
光敏电阻的特性6-稳定性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
自由电子所占能带
导带
Eg
禁带 价带
不存在电子所占能带
价电子所占能带
2.光生伏特效应 在光线作用下能够 使物体产生一定方向 的电动势的现象叫做 光生伏特效应。 基于该效应的光电 器件有光电池和光敏 二极管、三极管。
阳极
光电阴极
光电倍增管示意图
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃 引线
光导体
电极
光敏电阻结构
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带 Eg
自由电子所占能带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
禁带
价带
I / %
160
120 80 40 0 400 800 1200 1600 T/h 2
•最后达到一个稳定值 后就不再变了。这就是 光敏电阻的主要优点。
1
光敏电阻的特性7-温度特性
I / μA
简述光电效应以及对应的光电元件类型
简述光电效应以及对应的光电元件类型光电效应，这个名字听起来有点高深对吧？但其实就是光照到某些物质上，会引发电流的现象。
简单来说，当光子（光的粒子）打到某些金属表面时，它们就会把这些金属表面的电子“踢出去”，这些被“踢出”的电子我们就叫它们光电子。
而这些光电子一旦脱离了原来的位置，它们就会在电路中流动，形成电流。
看，挺神奇的对吧？这也算是自然界的一种“魔法”，不过它是基于物理原理的。
要是你有点化学、物理的基础，那就会知道，光电效应是量子力学的一个重要现象，早在1905年，爱因斯坦就靠它拿到了诺贝尔奖。
所以，光电效应不仅是科学界的一个“重磅炸弹”，它也为我们今天的光电技术打下了基础。
说到这里，光电效应对于我们生活中的很多科技都起了重要作用。
比如，大家常见的太阳能板，实际上就是利用了光电效应把太阳光转化为电能的。
别看它们现在长得都很时尚，其实太阳能板的工作原理，就是让阳光中的光子撞击上面的一些材料，把这些材料里的电子打出来，接着这些电子就会流动，形成电流。
这不就是光电效应的直接应用嘛！好家伙，这不就是让太阳为我们“发电”吗？不过，太阳能板在不同的地方、不同的天气下效率差别还挺大的，像北极那种永远也见不到太阳的地方，你让它工作就有点为难了。
除了太阳能，光电效应还在很多地方悄悄地发挥着作用。
比如你家里常见的光电开关。
没错，就是那种你手上沾了点油渍或者老远按不着的开关，它会通过探测光的变化来自动开关。
像是晚上，门口有灯亮起来，光照强度变化了，光电元件感知到这种变化，马上启动开关，电灯就自动亮了。
整个过程，根本不需要你动手，真是懒人福音。
光电开关的原理也正是利用了光电效应——光照强度的变化会直接影响到电流，从而实现自动控制。
像这种家居神器，简直让人觉得“科技感十足”。
不过，光电效应不仅仅是为了给我们照亮家里、让太阳发电这么简单。
它在一些高科技领域也有巨大的用途。
比如，大家常见的光电元件，有个非常炫酷的叫光电二极管。
光电效应和光电器件
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（4）响应时间和频率特性
光电导的弛豫现象：光电流的变化对于 光的变化，在时间上有一个滞后。 通常用响应时间t表示。
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光敏电阻的频率特性
不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间， 所以它们的频率特性也就不尽相同。
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（5）温度特性
光敏电阻受温度的影响较大。当温度升高时， 它的暗电阻和灵敏度都下降。
G KU
式中：
N d
K
N
—— 常数 —— 光电倍增管倍增极数
光电式传感器 光电器件 （2）光电倍增管
增益变化为：
传感器原理及应用
G / G N (U d / U d )
上式可见，外加电压Ud的变化引起光电倍增管增 益的变化，因此对供给光电倍增管的工作电源电 压要求较高，必须有极好的稳定性。 另外，为减少光电倍增管受温度影响，在核探 测技术中“稳谱”是一个重要内容，与光电倍增 管的指标、参数密切相关。
光电式传感器
概述
传感器原理及应用
门禁
光 电 鼠 标
指纹锁
光电式传感器
概述
传感器原理及应用
光电开关
料 位 自 动 控 制
光电式传感器
概述
传感器原理及应用
光纤
光电管
光栅
光敏电阻
光电式传感器
光电效应
传感器原理及应用
传统的光敏器件利用各种光电效应， 光电效应可分为：
外光电效应 内光电效应 光电导效应
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（2）光照特性
光敏电阻的光电流与光强之间的关系
各种光电效应对应的光电元件
各种光电效应对应的光电元件
1. 外光电效应：当金属表面受到光照射时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称为外光电效应。
基于外光电效应的光电元件有光电管和光电倍增管等，常用于光电子学和光电探测领域。
2. 内光电效应：当光照射到半导体材料时，会在材料内部产生电子-空穴对，这种现象被称为内光电效应。
基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等，常用于光控开关、光电传感器等领域。
3. 光伏效应：当光照射到 p-n 结型半导体时，会在结区产生电动势，这种现象被称为光伏效应。
基于光伏效应的光电元件有太阳能电池，常用于太阳能发电领域。
4. 光热效应：当光照射到某些材料时，会使材料的温度升高，从而引起材料的电阻变化，这种现象被称为光热效应。
基于光热效应的光电元件有热敏电阻、热电偶等，常用于温度测量和控制领域。
5. 光电导效应：当光照射到半导体材料时，会使材料的电导率发生变化，这种现象被称为光电导效应。
基于光电导效应的光电元件有光敏电阻等，常用于光探测器和光学仪器中。
这些光电元件在不同的领域都有广泛的应用，如光通信、光探测、光学仪器、太阳能利用等。
随着科技的不断发展，光电元件的性能和应用领域还在不断拓展和提升。
光电效应的研究与光电器件的应用
光电效应的研究与光电器件的应用近代物理学领域中，光电效应是一项十分重要的研究课题。
它的研究不仅深化了对光子的理解，而且带来了众多光电器件的应用。
本文将对光电效应的研究、机制以及光电器件的应用进行论述。
一、光电效应的研究光电效应是指当光照射到金属或其他特定材料表面时，会引起电子的发射。
光电效应的研究始于19世纪末，但最为重要的突破是爱因斯坦在1905年提出的光的粒子性理论。
他认为光在特定条件下可被看作由粒子组成的光子，光子能量与光波的频率成正比。
根据其理论，光照射到金属表面时，光子将传递能量给电子，当光子的能量大于或等于金属中某个电子的束缚能时，这个电子将脱离原子束缚，导致光电子的发射。
在光电效应的研究中，实验结果显示，光电子的发射不仅与光的强度相关，还与光的频率有关。
当光频率低于某个特定值时，即使光强度很大，也无法引起光电子的发射。
这一频率被称为截止频率，与材料的性质有关。
通过测量截止频率与材料类型、光子能级等参数的关系，科学家们得以深入研究光电效应的机制。
二、光电效应的机制光电效应涉及到能带结构、电子与光子的相互作用等复杂的物理过程。
在晶体材料中，能带结构对光电效应起着重要的影响。
晶体材料的能带结构决定了电子的分布状态与运动规律。
在光电效应的过程中，当光照射到金属或半导体表面时，能量较高的光子被吸收，而光子的能量转化为电子的动能。
如果光子的能量大于或等于电子的束缚能，那么电子将克服束缚力逃离原子或晶体，并形成光电子。
光电子对于不同波长的光有最大的发射速率，这一波长与光子的能量相对应，符合爱因斯坦的光电效应理论。
三、光电器件的应用光电效应的深入研究为光电器件的发展提供了重要的理论基础。
在现代科学技术中，许多光电器件被广泛应用于通讯、能源、医学等领域。
1. 光电池：光电池利用光电效应，将光能转化为电能。
光电池的应用包括太阳能发电、电力站的备用电源以及空间探测器的能源供应等。
2. 光电传感器：光电传感器能够将光的变化转化为电信号，并进行测量、控制等用途。
17 光电效应与光电器件
它是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属 形成的。这种硫状电极，由于在间距很近的电极之间有 可能采用大的灵敏面积，所以提高了光敏电阻的灵敏度。 图（c）是光敏电阻的代表符号。
1 2 3
4 5 6
7
RG
(a)结构
(b)电极
(c)符号
1--光导层; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳; 4--电极; 5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃; 7--电阻引线。
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关 系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某 值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大， 光电流也越大。 I/ μA 在一定的光照度下，所加的 2 电压越大，光电流越大，而且无 200 饱和现象。但是电压不能无限地 150 增大，因为任何光敏电阻都受额 100 定功率、最高工作电压和额定电 1 50 流的限制。超过最高工作电压和 0 20 40 U/V 最大额定电流，可能导致光敏电 阻永久性损坏。
阴极材料不同的光电管，具有不同的红限， 因此适用于不同的光谱范围。此外，即使入射光 的频率大于红限，并保持其强度不变，但阴极发 射的光电子数量还会随入射光频率的变化而改变， 即同一种光电管对不同频率的入射光灵敏度并不 相同。光电管的这种光谱特性，要求人们应当根 据检测对象是紫外光、可见光还是红外光去选择 阴极材料不同的光电管，以便获得满意的灵敏度。
2、内光电效应
当光照射在物体上，使物体的电阻率 ρ发生变化的现象叫做内光电效应，它 多发生于半导体内。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管、光敏晶闸管半导体元件。
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
第8章光电效应及光电器件
不加偏压的P-N结
➢ 当光照射在P-N结时，如果光电子能量足够大，就可
激发出电子——空穴对，在P-N结内电场作用下空穴 移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电 压，这个电压就是光生电动势.
➢ 基于这种效应的器件有
光电池。
+
光源
-+
-
P - +N -+
电子
空穴
处于反偏时的P-N结（给P-N结加电场） -
光导体
光敏电阻符号
光敏电阻结构
8.2.3 光敏电阻
➢ 光敏电阻光照特性
• 无光照时，内部电子被原子束缚，具有很高的电阻值；
• 有光照时，电阻值随光强增加而降低； • 光照停止时，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。
➢ 基本特性
1.伏安特性 • 给定光照度，电压越大光电流越大； • 给定偏压，光照越大光电流越大； • 光敏电阻的伏安特性曲线不弯曲、
☻ 在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。
每个光子具有能量 E h
式中：
h—— 普朗克常数 ( J.S ) —— 光的频率（Hz）
1 / 波长短，频率高，能量大。
➢ 入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比 。
Байду номын сангаас
➢ 光子具有的能量与电子的动能可由能量守恒定律表示为
1 2
• 为使电子从价带激发到导带， 入射光子的能量应大于禁带 宽度的能量 E0＞Eg
• 基于光电导效应的光电器件有 光敏电阻。
2） 光生伏特效应
☻ 光生伏特效应是半导体材
+
料吸收光能后，在PN结上
产生电动势的效应。
光源
-+
第7讲光电效应和光电器件剖析讲解
1.光电导效应
•在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到 自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称 为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
•要求：当光照度低于100lx时，扬声器播放乐曲 告警。
思考：R1和Rw的作用是什么？
例2：光电式带材跑偏检测装置
•要 求 ： 此 装 置可用来检测 带材在加工过 程中偏离正确 位置的大小及 方向，从而为 纠偏控制机构 电路提供一个 纠偏信号。
思考：R2的作用？
作业
1. 用 光 敏 电 阻 设 计 一 路 灯 自 动 控 制 系 统 ， 要 求画出其测量电路图并说明其工作原理。 2. 用光敏电阻设计一自动调光台灯，要求画 出其测量电路图并说明其工作原理。
E2 E4
光电倍增管示意图
A
阳极
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃
引线
光敏电阻结构
电极 光导体
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
光电管的结构和工作原理
二、光电倍增管 ❖当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小 ，只有零点几μA，不容易探测，需要用光电倍增管 对电流进行放大。 光电倍增管结构和工作原理
光电效应与光电器件
光电效应与光电器件光电效应是指当光照射到材料表面时，材料中的电子受到光的激发而发生电子跃迁，从而产生电流现象。
这个现象的发现和解释为现代物理学的发展作出了重要贡献，也是光电器件的基础。
本文将探讨光电效应的原理以及应用的光电器件。
一、光电效应的原理光电效应的原理可以用光子学和量子力学的理论解释。
光子学认为，光是由光子组成的粒子流，当光子能量大于材料表面的束缚能时，光子与电子发生碰撞，使得电子得到足够的能量，从而跃迁至导带中，形成电流。
量子力学则从波粒二象性的角度解释了光电效应。
根据量子力学的理论，光既可以被看作电磁波，也可以被看作光子粒子。
当光照射物质时，光子与物质中的电子相互作用，如果光子的能量大于物质中的电子束缚能，那么光子能够被吸收，电子获得能量跃迁至导带中，形成电流。
二、光电器件的种类与应用1. 光电二极管光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件。
它使用半导体材料制成，其中的p-n结在光照射下会产生光电效应，从而产生电流。
光电二极管广泛应用于光电通信、光电测量等领域。
2. 光电倍增管光电倍增管是一种能够将弱光信号放大的器件。
它利用了光电效应，在弱光信号照射下，光电倍增管中的光电子经过多次二次发射，使得电流得到显著放大。
光电倍增管在夜视仪、光电成像等领域有着广泛的应用。
3. 光电导管光电导管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它利用了光电效应，在光照射下，光电导管中的光电子受到光的激发而发生电子跃迁，形成电流信号。
光电导管在光电通信、高速光通信等领域有着重要应用。
4. 太阳能电池太阳能电池是一种能够将太阳光能转化为电能的器件。
它利用了光电效应，将光子能量转化为电子能量，从而产生电流。
太阳能电池在太阳能利用领域有着广泛的应用，是清洁能源的重要组成部分。
三、光电效应与现代科学光电效应的发现和研究对现代科学的发展做出了重要贡献。
一方面，光电效应的解释需要运用到光子学和量子力学的知识，推动了这两个领域的发展。
光电效应与光电器件
光电效应与光电器件光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会引发电子的运动和电流的产生。
这一现象的发现使人们对光和电之间的关系有了更深的认识，同时也为人们开创了新的领域——光电器件。
光电效应的发现光电效应是由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年发现的。
当时，赫兹实验室的一个实验室员工偶然发现，当紫外线照射到锌板上时，终端上的放电现象明显增强。
赫兹对此很感兴趣，开始了一系列实验证明光就是引起这种现象的原因。
经过一段时间的研究，赫兹发现了一些重要的规律。
首先，光电效应只发生在紫外线及更短波长的光线下，而对于可见光和红外线则没有这种效应。
其次，光电效应的电流强度与光的强度成正比，而与光的频率无关。
这一规律的发现对于理解光和电之间的关系起到了重要作用，并为后来的实验及理论研究提供了基础。
光电器件的应用光电器件是利用光电效应的原理来转换光能为电能或电能为光能的装置。
它们在各个领域都有广泛的应用，包括通信、能源、医疗等。
一种常见的光电器件是光电二极管。
它是一种半导体器件，利用光电效应将光能转化为电能。
当光照射到光电二极管的P-N结上时，光子激发了电子从价带跃迁至导带，产生了电流。
光电二极管具有快速响应、高灵敏度和低功耗的特点，广泛应用于光通信、光电测量等领域。
另一种光电器件是太阳能电池。
它是将太阳光能直接转换为电能的装置。
太阳能电池通常由多个光电二极管组成，通过光电效应产生的电流经过串联或并联的方式输出。
太阳能电池具有可再生能源、无污染、可靠性高等优点，被广泛应用于家庭和工业用电，为减少对传统能源的依赖、缓解环境问题做出了重要贡献。
除了光电二极管和太阳能电池，光电效应在其他光电器件中也得到了应用。
例如，光电倍增管（Photomultiplier tube）是一种高灵敏度光电探测器，常用于测量微弱的光信号；光电CR管（Photocathode ray tube）则是一种用于显示图像的显示设备，采用光电效应将光信号转化为电信号，再通过电子束在屏幕上显示。
光电效应和光电器件
真空光电管旳伏安特征
充气光电管旳伏安特征
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是敏捷度高. 所不同旳仅仅是在玻璃泡内充以少许旳惰性气体 其敏捷度随电压变化旳稳定性、频率特征等都比真空光电管差
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.4 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.14 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1.6 光电式传感器旳应用
模拟式传感器 脉冲式传感器
1. 模拟式光电传感器
基于光电器件旳光电流随光通量而发生变化，是光通 量旳函数 。 对于光通量旳任意一种选定值，相应旳光电流就有一 种拟定旳值，而光通量又随被测非电量旳变化而变化， 这么光电流就成为被测非电量旳函数。（光电比色高 温计）
硫化镉光敏电阻旳温度特征
温度对光谱特征影响
伴随温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。所以， 采用降温措施，能够提升光敏电阻对长波光旳响应。
硫化铅光敏电阻旳光谱温度特征
4.1 光电效应和光电器件
4.1.1 光电管 4.1.2 光敏电阻 4.1.3 光敏二极管和光敏晶体管 4.1.4 光电池 4.1.5 光电式传感器旳应用
4.1.4 光敏二极管和光敏晶体管
1． 工作原理 2． 基本特征
1． 工作原理
构造与一般二极管相同，装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态旳
光敏二极管
光敏晶体管
与一般晶体管很相同，具有两个pn结。把光信 号转换为电信号同步，又将信号电流加以放大。
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内光电效应 光生伏特效应
☆ 外光电效应：在光线作用下电子从物体表面逸出。
☆ 光电导效应：在光线作用下物体的电阻率改变。
☆ 光生伏特效应：在光线作用下物体具有发电能力。
公开课：光电效应及光电元器件
二、常用光电元器件
作用：光信号转换为电信号
物理基础：光电效应
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1、光敏电阻
外形图
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小结：
1、光电效应定义、现象、分类 2、几种光电元器件工作原理
作业：P79页 1、2
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思考：
光敏二极管与普通二极管的区别
工作原理：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的 阻值 增大 ，使加在电容C上的分压 上升 ，进而使可控 硅的导通角增大，达到 增大 照明灯两端电压的目的。 反之，若周围的光线变 亮 ，则RG的阻值 下降 ，导致 可控硅的导通角 变小 ，照明灯两端电压也同时 下降 ， 使灯光变 变暗 ，从而实现对灯光照度的控制。
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新课：光电效应及光电元器件
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一、光电效应
1、定义： 当光照射到某一物质上时，物质的电子吸收 光子的能量而发生相应电效应的现象。
2、光电效应具体现象： 电阻率变化、电子逸出、电动势变化
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3、分类：
外光电效应 光电导效应
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问题1：光在真空中的传播速度？ 问题2：紫外线可见吗？
问题3：生活中，紫外线有什么用处？ 问题4：紫外线为什么能杀死病菌？
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原因：紫外线的频率很高。 光的粒子学说认为光是由一群光子组成的，每 一个光子具有一定的能量，光子的能量E＝hf，其 中h为普朗克常数，f为光的频率。因此，光的频率 越高，光子的能量也就越大。 光照射在物体上会产生பைடு நூலகம்系列的物理或化学效 应。例如光合效应、光热效应、光电效应等。光电 传感器的理论基础就是光电效应
工作原理：光敏二极管加上 反向 电压时，当光线 变强时，管子中的反向电流变 大 ，流入到三极管的电 流变 大 ，经过放大，流过继电器J的电流增大 ，继电 器吸合 ，去控制其他器件，反之，光线变 弱 时，管 子中的反向电流变小，继电器 释放 。
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3、光电倍增管
光输 阴极 入 外形图
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4、光电池
工作原理：基于光生伏特效应 当光照射在PN上时，产生电子--空穴对，在电场的作 用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移 向P区外侧，从而在光电池与PN结平行的两外表而形成电 势差，P区带正电，为光电池的正极，N区带负电，为光电 池的负极。照在PN结上的光强增加，就有更多的空穴流向 P区，更多的电子流向N区，从而光电池两外侧的电势差增 加。
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2、光敏二极管
外形图
图形符号
原理图
工作原理： 无光照时，光敏二极管PN结反向截止。 有光照时，光敏二极管PN结附近产生电子— 空穴对，并在外电场作用下，产生电流，使PN结 反向导通，光的照度越强，导通越充分。
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应用举例
光敏二极管组 成的开关电路
原理图及图形符号
工作原理：由半导体材料构成，利用光电导效应而工作。 光敏电阻当光线照射时，因材料中的电子—空穴对增 加，其电阻率变小，电阻值会变小，当光照消失时，电阻 会恢复原值。 光敏电阻没有极性，纯粹是电阻器件，即可以加直流 电压，也可以加交流电压工作。
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应用举例 光控调光电路
+
+ + + 阳极 + - - - + + + 结构示意图
工作原理：基于外光电效应 当光照射到阴极时，阴极向真空中激发出光电子。光 电子经电子光学输入系统加速、聚焦后射向第一发射电极 （又称倍增极）。每个光电子在发射电极击出几个电子， 这些电子射向第二发射电极，再经倍增射向第三发射电极， 直到最后一个发射电极。所以，最后射向阳极的电子数目 是很多的，阳极把所有电子收集起来，转变成电压脉冲输 出。