光电式传感器

光电式传感器

9.7.1光电效应及光电器件

光电传感器是将光量转换为电量。光电器件的物理基础是光电效应。

1. 外光电效应

在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象，称为外光电效应。，光电子逸出时所具有的初始动能Ek与光的频率有关，频率高则动能大

由于不同材料具有不同的逸出功，因此对某种材料而言便有一个频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，也不能激发出电子；反之，当入射光的频率高于此极限频率时，即使光线微弱也会有光电子发射出来，这个频率限称为“红限频率” 。

基于外光电效应的光电器件属于光电发射型器件，有光电管、光电倍增管等。光电管有真空光电管和充气光电管。

真空光电管
	在一个真空的玻璃泡内装有两个电极,一个是光电阴极,一个是光电阳极。工作原理

2. 内光电效应

受光照物体(通常为半导体材料)电导率发生变化或产生光电动势的效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原理分为两种：光电导效应和光生伏特效应。

（1）光电导效应：半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能增强，光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象，称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻(光电导型)和反向工作的光敏二极管、光敏三极管(光电导结型)。 

光敏电阻(光导管)
	在黑暗的环境下，它的阻值很高；当受到光照并且光辐射能量足够大时，光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度ΔEg 的光子激发，由价带越过禁带而跃迁到导带，使其导带的电子和价带的空穴增加，电阻率变小。
光敏二极管和光敏三极管
	光敏管的工作原理与光敏电阻是相似的，其差别只是光照在半导体结上而已。

(2) 光生伏特效应：是指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。因此光生伏特型光电器件是自发电式的，属有源器件。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件，硒和硅是光电池常用的材料，也可以使用锗。

硅光电池
	硅光电池也称硅太阳能电池，它是用单晶硅制成，在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型杂质而形成一个大面积的P-N结，P层做得很薄,从而使光线能穿透到P-N结上。硅太阳能电池具有轻便、简单，不会产生气体或热污染，易于适应环境。因此凡是不能铺设电缆的地方都可采用太阳能电池，尤其适用于为宇宙飞行器的各种仪表提供电源。