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电子发烧友 电子技术论坛 第10章 光电式传感器 光电式传感器概念 光电式传感器（或称光敏传感器） 是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。 按工作原理分类 光电效应传感器 红外热释电探测器 固体图像传感器 光纤传感器 §10.1 光电式传感器的基本形式 由光路及电路两大部分组成 光路部分实现被测信号对光量的控制和调制 电路部分完成从光信号到电信号的转换 四种基本形式 透射式 反射式 辐射式 开关式 §10.2 光电效应与光电器件 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量可表示为 光电效应方程 光电器件 光电器件是将光能转变为电能的一种传感器件。是构成光电式传感器的主要部件。 光电器件工件的物理基础：光电效应。 光电效应分为：内光电效应、外光电效应 10.2.1 外光电效应型光电器件 当光照射到金属或金属氧化物的光电材料上时，光子的能量传给光电材料表面的电子，如果入射到表面的光能使电子获得足够的能量，电子会克服正离子对它的吸引力，脱离材料表面而进入外界空间，这种现象称为外光电效应。 即外光电效应是在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。 根据外光电效应做出的光电器件有光电管和光电倍增管。 1、光电管及其基本特性 光电管的伏安特性 光电管的光照特性 光电管的光谱特性 2、光电倍增管及其基本特性 主要参数 倍增系数 M 阳极电流 光电倍增管的电流放大倍数 光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度 暗电流 光电倍增管的光谱特性 10.2.2 内光电效应型光电器件 内光电效应是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象 这种效应可分为因光照引起半导体电阻率变化的光电导效应和因光照产生电动势的光生伏特效应两种 （1）光敏电阻  1. 光敏电阻的结构与工作原理 光敏电阴是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性， 使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好， 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级， 亮电阻值在几千欧以下。 光敏电阻的结构 2. 光敏电阻的主要参数 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。  亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。  光电流 亮电流与暗电流之差 3、光敏电阻的基本特性 伏安特性 在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系。 光照特性 指光敏电阻的光电流I和光照强度之间的关系 光谱特性 光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系。即光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。 频率特性 光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示，对应着不同材料的频率特性。 温度特性 光敏电阻和其它半导体器件一样，受温度影响较大。温度变化时，影响光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻。 硫化铅光敏电阻受温度影响更大。 （2）光电池 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。即电源。  工作原理：基于“光生伏特效应”。 光电池实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时， 若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴， 电子-空穴对从表面向内迅速扩散， 在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 光电池结构、符号 光电池种类 光电池的种类很多，有硅光电池、硒光电池、锗光电池、砷化镓光电池、氧化亚铜光电池等 最受人们重视的是硅光电池。因为它具有性能稳定、光谱范围宽、频率特性好、转换效率高、能耐高温辐射、价格便宜、寿命长等特点。它不仅广泛应用于人造卫星和宇宙飞船作为太阳能电池，而且也广泛应用于自动检测和其它测试系统中 硒光电池由于其光谱峰值位于人眼的视觉范围，所以在很多分析仪器、测量仪表中也常常用到。 光电池基本特性 光谱特性 光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。 光照特性 光电池在不同光照度下， 其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性 频率特性 温度特性 是描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。 （3）光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管工作原理 光敏二极管的结构与一般二极管相似、 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。 在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附近产