5.1光电效应和光电器件（课件）《传感器检测技术》同步教学（机械工业出版社）

  5.1光电效应与光电器件 概述 光电传感器是将被测量的变化通过光信号变化转换成电信号，具有这种功能的材料称为光敏材料，做成的器件称光敏器件。光敏器件种类很多，如： 光电管、 光敏二极管、 光电倍增管、 光敏三极管、 光敏电阻、 光电池、 光电耦合器、 光纤等等。 在计算机、自动检测、控制系统应用非常广泛。 传感器原理及应用       光电式传感器 概述 指纹锁 门禁 光 电 鼠 标 传感器原理及应用     光电式传感器 概述 料位自动控制 电动扶梯自动启停 光电开关 传感器原理及应用       光电式传感器 概述 光栅 光纤 光电管 光敏电阻 光电效应 传感器原理及应用      光电式传感器 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 光生伏特效应 传感器原理及应用       光电式传感器 光电效应 工作原理 (1)外光电效应 在光线作用下，电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。 光照射物体时，电子吸收入射光子的能量，每个 光子具有的能量是： ——普朗克常数( ) ——光的频率（Hz），波长短，频率高，能量大 传感器原理及应用      光电式传感器 光电效应 工作原理 如果光子的能量E大于电子的逸出功A，超出的能量表现在电子逸出的功能，电子逸出物体表面，产生光电子发射。 能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。 由能量守恒定律有： 传感器原理及应用       光电式传感器 光电导效应： 入射光强改变物质导电率的物理现象称光电效应。 这种效应几乎所有高电阻 率半导体都有，为使电子从 价带激发到导带，入射光子 的能量E0应大于禁带宽度Eg。 基于光电导效应的光电器件 有光敏电阻。 光电效应 工作原理 (2)内光电效应 传感器原理及应用       光电式传感器 光电效应 工作原理 (2)内光电效应 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。 为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？ 有下面两种情况： 不加偏压的PN结 处于反偏的PN结 传感器原理及应用 光电传感器 不加偏压的PN结 当光照射在PN结时，如果电子能量大于半导体禁带 宽度（E0 ＞ Eg）,可激发出电子——空穴对，在 PN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 光电效应 1 工作原理 (2)内光电效应 传感器原理及应用       光电式传感器 处于反偏的PN结： 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小； 有光照时，光子能量足够大产生光生电子—空穴对， 在PN结电场作用下，形成光电流， 电流方向与反向电流一致，光照越大光电流越大。 具有这种性能的器件有： 光敏二极管、光敏晶体管. 光电效应 工作原理 (2)内光电效应 光电效应和光电器件 外光电效应: 在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象。如光电管、光电倍增管 内光电效应: 在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等属于这类光电器件。 阻挡层光电效应(光生伏特效应): 在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等 下一页 返 回 光电效应和光电器件 光电管 光电倍增管 光敏电阻 光敏二极管和光敏晶体管 光电池 光电式传感器的应用 上一页 下一页 返 回 光电管 上一页 下一页 返 回 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子， 电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。 真空光电管的伏安特性 充气光电管的伏安特性 充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体 其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差 上一页 下一页 返 回 传感器原理及应用       光电式传感器 光电器件 （2）光电倍增管 光照很弱时，光电管产生的电流很小，为提高灵敏度常常使用光电倍增管。如核仪器中闪烁探测器都使用的是光电倍增管做光电转换元件。 光电倍增管是利用二次电子释