传感器与自动检测技术演示教程第08章 光电式传感器

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8.1 光电器件
8.2 光纤传感器
第 8 章 光电式传感器
8.1 光电器件
1. 外光电效应
一束光是由一束以光速运动的粒子流组成的，这些粒子
称为光子。 光子具有能量，每个光子具有的能量由下式确定：
E=hυ （8-1 ）
式中： h—— 普朗克常数 =6.626×10-34(J·s)
υ—— 光的频率（ s-1 ）。
所以光的波长越短，即频率越高，其光子的能量也
越大； 反之，光的波长越长，其光子的能量也就越小。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射
的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光
电效应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰
击物体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功 A0时，电
子就会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现
为逸出电子的动能。根据能量守恒定理
0
2
0
2
1Amvhv
（8-2 ）
式中： m—— 电子质量；
v0—— 电子逸出速度。
式（ 8-2 ）为爱因斯坦光电效应方程式 , 由式可知：
光子能量必须超过逸出功 A0，才能产生光电子；入射
光的频谱成分不变，产生的光电子与光强成正比；光电子逸出
物体表面时具有初始动能 ，因此对于外光电效应器件， 即使
不加初始阳极电压，也会有光电流产生，为使光电流为零， 必
须加负的截止电压。
2
0
2
1mv
2. 内光电效应
在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生
电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类：
（ 1） 光电导效应 # 在光线作用下，对于半导体材料
吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半导体材料的禁
带宽度， 就激发出电子 -空穴对，使载流子浓度增加，半导体
的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电
阻就是基于这种效应的光电器件。
（ 2） 光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产
生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的
光电器件有光电池。
8.1.1 光敏电阻
1. 光敏电阻的结构与工作原理
光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的
光电器件。光敏电阻没有极性， 纯粹是一个电阻器件，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。
光敏电阻的结构很简单，图 8-1 （a）为金属封装的
硫化镉光敏电阻的结构图。在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄
的半导体物质，称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金
属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。
为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，
漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。
为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案， 如图8-
1（b）所示。 图 8 - 1 （c）为光敏电阻的接线图。
图 8-1 光敏电阻结构
(a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
½ðÊôµç¼«
°ëµ¼Ìå
²£Á§µ×°å
µçÔ´
¼ìÁ÷¼Æ
R
L
E
I
(a) (b) (c)
R
a
2. 光敏电阻的主要参数
光敏电阻的主要参数有：
(1) 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。 
(2) 亮电流 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。 
(3) 光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。
3. 光敏电阻的基本特性
(1) 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称为光敏电阻的伏安特性。图 8-2 为硫化
镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图可见，光敏电阻在一定的电
压范围内，其 I-U曲线为直线。说明其阻值与入射光量有关，而
与电压电流无关。
（2）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流 I和
光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多
数光敏电阻光照特性是非线性的。图 8-3 为硫化镉光敏电阻的光
照特性。
摘要：

8.1光电器件8.2光纤传感器第8章光电式传感器8.1光电器件1.外光电效应一束光是由一束以光速运动的粒子流组成的，这些粒子称为光子。光子具有能量，每个光子具有的能量由下式确定：E=hυ（8-1）式中：h——普朗克常数=6.626×10-34(J·s)υ——光的频率（s-1）。所以光的波长越短，即频率越高，其光子的能量也越大；反之，光的波长越长，其光子的能量也就越小。在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物体，物体中电子吸收的入射光子能量超...

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