《感测技术应用》第八章光电传感器

光敏二极管和光敏三极管在使用时，应注意保持光源与光 敏管的位置合适，即：使入射光恰好聚集在管芯所处的 区域，以利于光敏管接受光照，从而获得最大的灵敏度。
同时，为了避免灵敏度改变，使用中必须保持光源与光敏 管的相对位置不变。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
2．光敏管的基本特性
（1）光谱特性
《感测技术应用器》第八章光电传感光敏管的光谱特性
电流
硅光电池光照特性
开路电压指光电池输出端开路时的电压，即光生电势 短路电流指光电流输出端短路时的电流，即光生电流 短路电流在很宽的光《照感测范技术围应用内器》第都八章具光电有传感线性特性
开路电压与光强成对数关系，电路电流与光强成线性关系
受照结面积越大，短路电流越大。
当光电池作为测量元件时，应以电流源形式使用（利用其 短路电流与光强的线性关系） 当外接负载的电阻远小于光电池内阻时，即可看作为短路 电流。且负载越小，短路电流的线性关系越好，线性范围 越宽。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
光电效应表现形式 ① 光电导效应——光照改变半导体的导电率
，从而引起半导体电阻值的变化效应，光敏电阻属 于这类光电效应器件。
② 光生伏特效应——光照改变半导体PN结电 场，从而引起PN结电势的变化效应，故又称PN结光 电效应，光电池、光敏晶体管等属于这类光电效应 器件。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
（3）频率特性
光电池的频率特性
硅光电池具有较稳定的频率特性
《感测技术应用》第八章光电传感 器
三、光敏二极管和光敏晶体管
1．光敏管的光电效应
光敏二极管和光敏晶体管也是典型的光生伏特性效应 器件。
无光照射：光敏二极管反偏、高阻截止状态，极小暗电流 有光照射：光生电子和空穴在PN结电场和外加反向偏压 的共同作用下，形成《光感测电技术流应用I器》。第八光章光敏电传二感极管呈低阻导通态
（2）光照特性
在一定的电压下，光电流I 与光照强度E 的关系
光敏电阻具有很高的光照灵敏度 具有明显的非线性 可作控制元件，不宜作计量元件。
《感测光技术敏应用电器》第阻八的章光光电传照感特性
（3）伏安特性 在一定强度的光照下，光敏电阻的端电压与光电流
的关系。是一个线性关系特性。 有最大允许功耗和最大允许电压的要求，超过此极
大。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
wenku.baidu.com
当电压U 一定时，检流计指示电流I 的大小决定于 光敏电阻上的光照强度。
光敏电阻《感光测技电术效应用应》第实八章验光电电传路感
器
无光照时 电流称之为暗电流 光敏电阻的阻值很高，相应称之为暗电阻 暗电阻通常为兆欧级
有光照时 电流称之为亮电流； 光敏电阻的阻值显著减小，相应称之为亮电阻， 亮电阻一般为千欧以内。
限值将会导致元件永久性损坏。
光敏电阻的伏安特性
《感测技术应用》第八章光电传感 器
(4）频率特性 光敏电阻上的光电流对入射光调制频率的响应特性 光敏元件具有一定的惰性，调制频率f 越高，电流
相对灵敏度Kr 越低 有的材料光响应时间达几百毫秒。光敏电阻的响应
时间不但与元件的材料有关，而且还与光照强弱有关，光 照越强，响应的时间越短。
由光照所产生的自由电子—空穴流称之为光电流，显然光 电流是亮电流与暗电流之差，由于暗电流很小，在工程分 析时可把亮电流看成光电流。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
2．光敏电阻的基本特性 （1）光谱特性 光电敏电阻的光电流对不同波长单色光的相
对灵敏度。
部分光敏元件的 光谱特性
《感测技术应用》第八章光电传感 器
当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集 电结就是反向偏压， 当光照射在集电结时，就会在结附 近产生电子—空穴对，光生电子被拉到集电极，基区留下 空穴，使基极与发射极间的电压升高，这样便会有大量的 电子流向集电极，形成输出电流，且集电极电流为光电流 的β倍，所以光敏晶体《感管测技有术应放用器》大第八作章光用电传。感
光敏电阻的频率特性
《感测技术应用》第八章光电传感 器
二、光电池
1．光电池的光电效应
是典型的光生伏特效应器件。 无光照时，扩散运动形成一个大面积的PN结，PN结 电场方向是由N区指向P区
光照射到PN结上时，如果光子能量足够大，就将在
PN结附近激发出大量的电子—空穴对。在PN结电场作用
下，N区的光生空穴被拉
（2）光照特性 光敏二极管与光敏晶体管的光照特性有明显不同，以
硅管为例如图所示。光敏二极管的光照特性近似为线性关 系；光敏晶体管的光照特性为非线性
（a ）光敏二极管
（b）光敏晶体管
《感硅测光技术敏应管用》的第光八照章光特电性传感
器
（3）伏安特性 光敏管的输出电流与所加的偏置电压关系不大，具
光是由具有一定能量的粒子组成，根据爱因斯坦光粒 子学说，每个光子所具有的能量E 与其频率υ 的大小成正 比（即E =hυ，式中h =6.626×10-34J·S，为普朗克常数）。 光照射在物体上可看成一连串具有能量的光子对物体的轰 击，物体吸收光子能量而产生相应的电效应，即光电效应 ，这是实现光电转换的物理基础。
③ 光电发射效应——光照使物体表面发射电 子。
《感测技术应用》第八章光电传感 器
一、光敏电阻
1．光敏电阻的光电效应
光敏电阻是典型的光电导效应器件。 无光照时，其阻值很高； 有光照时，其阻值大大下降，光照越强阻值越低； 光照停止，又恢复高阻状态。
当光敏电阻受
到光照时，光
生电子—空穴
对增加，阻值
减小，电流增
第八章 光电传感器
第一节 常用光电器件 一、光敏电阻 二、光电池 三、光敏二极管和光敏晶体管 四、常用光电器件的应用
第二节 光栅传感器 一、莫尔条纹 二、光栅传感器的组成 三、辨向原理 四、细分技术
《感测技术应用》第八章光电传感 器
第八章 光电传感器
光电传感器是一种将光信号转换成电信号的装置
第一节 常用光电器件
向P区，P区的光生电子
被拉向N区；在P区聚积
正电荷，带正电，在N区
聚积负电荷，带负电，
即在P区和N区间形成一定
伏特数的电位差，称之
为光生电势。
《感测技术应用器》第八章光电传感光电池的光电效应
2．光电池的基本特性
（1）光谱特性
光电池的光谱特性
《感测技术应用》第八章光电传感 器
（2）光照特性 光电池在不同光照强度下，有不同的光生电势或光生