第7章光电式传感器;7.1光电器件;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;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。;7.1.1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，其常用的材料有硫化镉（CdS）、硫化铅（PbS）、锑化铟（InSb）等。

无光照时

光敏电阻受到一定波长范围的光照时;光敏电阻的结构很简单，图为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。;2.光敏电阻的主要参数

(1)暗电阻与暗电流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)亮电阻与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。;光敏电阻的光照特性;(3)光谱特性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。

光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。;（4）频率特性实验证明，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。大多数的光敏电阻时间常数都较大，这是它的缺点之一。;(5)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，同时光敏电阻的灵敏度和暗电阻也随之改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。;光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点，所以应用广泛。

此外许多光敏电阻对红外线敏感，适宜于红外线光谱区工作。

光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐，并且由于光照特性的非线性，不适宜于测量要求线性的场合，常用作开关式光电信号的传感元件。;7.1.2光敏二极管和光敏晶体管

1.结构原理

光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。;光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态;光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有两个PN结，如图所示，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。;光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。

如图是达林顿光敏管的等效电路;2.基本特性

(1)光谱特性光敏管的光谱特性是指在一定照度时，输出的光电流（或用相对灵敏度表示）与入射光波长的关系。;(2)伏安特性;（3）频率特性光敏管的频率特性是指光敏管输出的光电流（或相对灵敏度）随频率变化的关系。;(4)温度特性光敏管的温度特性是指光敏管的暗电流及光电流与温度的关系。;7.1.3光电池

光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件，光电池在有光线作用时实质就是电源，电路中有了这种器件就不需要外加电源。

光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。如图是硅光电池原理图。;光电池基本特性有以下几种：

(1)光谱特性光电池对