第二章光电式传感器
第二章 光电式传感器
6.1光电效应及光电器件 6.1.1光电效应 光照射在物体表面上就可看成是物体受到一连串能量为的光子 轰击，而光电效应就是由于该物体吸收到光子能量为的光后产生的 电效应。 通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类： (1)外光电效应。在光线作用下能使电子逸出物体表面的称为外 光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 (2)内光电效应。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光 电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻等。 (3)半导体光生伏特效应。在光线作用下能使物体产生一定方向 电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池、 光敏晶体管等。 基于外光电效应的光电器件属于真空光电器件，基于内光电效应 和半导体光生伏特效应的光电器件属于半导体光电器件。 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 6.1 光电效应及光电器件 6.1.1 光电效应 光照射在物体表面上就可看成是物体受到一连串能量为E的光子 轰击，而光电效应就是由于该物体吸收到光子能量为E的光后产生的 电效应。 通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类： （1）外光电效应。在光线作用下能使电子逸出物体表面的称为外 光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 （2）内光电效应。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光 电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻等。 （3）半导体光生伏特效应。在光线作用下能使物体产生一定方向 电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池、 光敏晶体管等。 基于外光电效应的光电器件属于真空光电器件，基于内光电效应 和半导体光生伏特效应的光电器件属于半导体光电器件
6.1.2光电管 光电管由一个阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃管内。 光电管的特性主要取决于光电管阴极材料。 光电管基本特性： （1)伏安特性 (2)光照特性 (3)光谱特性。 图6.1光电管的结构 图62光电管的伏安特集6章光电式传感器 图63光电管的光照特性
第6章 光电式传感器 6.1.2 光电管 光电管由一个阴极和一个阳极构成，并密封在一支真空玻璃管内。 光电管的特性主要取决于光电管阴极材料。 光电管基本特性： （1）伏安特性 （2）光照特性 （3）光谱特性。 图6.1 光电管的结构 图6.2 光电管的伏安特性 图6.3 光电管的光照特性
6.1.3光敏电阻 光敏电阻是由具有内光电效应的光导 材料制成的，为纯电阻器件。 1.光敏电阻的基本特性 (1)光电流：光敏电阻在不受光照射 时流过光敏电阻的电流称为暗电流；在受 光照射时流过光敏电阻的电流称为亮电流： 亮电流与暗电流之差称为光电流。 图6.4光敏电阻的伏安特性曲线 （2)伏安特性：在一定的照度下，加在 光敏电阻两端的电压与光电流之间的关系 曲线，称为光敏电阻的伏安特性曲线。 (3)光照特性：在一定外加电压下， 光敏电阻的光电流与光通量的关系曲线， 称为光敏电阻的光照特性。 图6.5光敏电阻的光照特性曲线 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 6.1.3 光敏电阻 光敏电阻是由具有内光电效应的光导 材料制成的，为纯电阻器件。 1．光敏电阻的基本特性 （1）光电流：光敏电阻在不受光照射 时流过光敏电阻的电流称为暗电流；在受 光照射时流过光敏电阻的电流称为亮电流； 亮电流与暗电流之差称为光电流。 （2）伏安特性:在一定的照度下，加在 光敏电阻两端的电压与光电流之间的关系 曲线，称为光敏电阻的伏安特性曲线。 （3）光照特性：在一定外加电压下， 光敏电阻的光电流与光通量的关系曲线， 称为光敏电阻的光照特性 。 图6.4 光敏电阻的伏安特性曲线 图6.5 光敏电阻的光照特性曲线
(4)光谱特性：光敏电阻对于不 同波长入的入射光，其相对灵敏度K, 是不同的。 （5)频率特性：相对灵敏度K与 光强度变化频率f之间的关系曲线。 (6)光谱温度特性：在不同温度 下的相对灵敏度K与入射光波长入之 间的关系曲线。 图67光敏电阻的频率特性 图6.6光敏电阻的光谱特性 图6.8光敏电阻的光谱温度特性 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 （4）光谱特性：光敏电阻对于不 同波长l 的入射光，其相对灵敏度Kr 是不同的。 （5）频率特性：相对灵敏度Kr与 光强度变化频率f之间的关系曲线 。 （6）光谱温度特性：在不同温度 下的相对灵敏度Kr与入射光波长l 之 间的关系曲线。 图6.8 光敏电阻的光谱温度特性 图6.7 光敏电阻的频率特性 图6.6 光敏电阻的光谱特性
6.1.4光敏晶体管 1.光敏二极管 （1)工作原理。 光敏二极管是基于半导体光生伏特效应的原理制成的光敏元件。在不 受光照射时，光敏二极管处于截止状态；受光照射时，光敏二极管处于导 通状态。 图6.9光敏二极管 (2)光敏二极管的检测方法。 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 6.1.4 光敏晶体管 1．光敏二极管 （1）工作原理。 光敏二极管是基于半导体光生伏特效应的原理制成的光敏元件。在不 受光照射时，光敏二极管处于截止状态；受光照射时，光敏二极管处于导 通状态。 （2）光敏二极管的检测方法。 图6.9 光敏二极管
2.光敏三极管 (1)工作原理 图6.10光敏三极管 (2)基本特性 ①光谱特性②伏安特性③光照特性④温度特性⑤时间常数 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 2．光敏三极管 （1）工作原理 （2）基本特性 ① 光谱特性 ② 伏安特性 ③ 光照特性 ④ 温度特性 ⑤ 时间常数 图6.10 光敏三极管
图6.11光敏三极管的光谱特性曲线 图6.12光敏三极管的光照特性曲线 图6.13光敏三极管的温度特性曲线 (3)光敏三极管的检测方法。 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 （3）光敏三极管的检测方法。 图6.13 光敏三极管的温度特性曲线 图6.11 光敏三极管的光谱特性曲线 图6.12 光敏三极管的光照特性曲线
6.1.5光电池 1.光谱特性 光电池的相对灵敏度K与入射光波长1之间的关系称为光谱特性， 图6.14光电池的光谱特性曲线 图6.15硅光电池的光照特性曲线 2.光照特性 光生电动势U与照度E。之间的特性曲线称为开路电压曲线；光电流 密度J与照度E。之间的特性曲线称为短路电流曲线。如图6.15所示为 硅光电池的光照特性曲线。 第6章光纯式传感器
第6章 光电式传感器 6.1.5 光电池 1．光谱特性 光电池的相对灵敏度Kr与入射光波长l之间的关系称为光谱特性。 2．光照特性 光生电动势U与照度Ee之间的特性曲线称为开路电压曲线；光电流 密度Je与照度Ee之间的特性曲线称为短路电流曲线。如图6.15所示为 硅光电池的光照特性曲线。 图6.14 光电池的光谱特性曲线 图6.15 硅光电池的光照特性曲线
3.频率特性 光电池的频率特性是光的调制频率与光电池的相对输出电流！（相 对输出电流=高颍输出电流/低频最大输出电流)之间的关系曲线。 图6.16光电池的频率特性 图6.17光电池的温度特性 4.温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压U、短路电流I随温度 变化的曲线，如图6.17所示。 第6章光电式传感器
第6章 光电式传感器 3．频率特性 光电池的频率特性是光的调制频率f与光电池的相对输出电流Ir（相 对输出电流=高频输出电流/低频最大输出电流）之间的关系曲线。 4．温度特性 光电池的温度特性是描述光电池的开路电压U、短路电流I随温度t 变化的曲线，如图6.17所示。 图6.16 光电池的频率特性 图6.17 光电池的温度特性