第八章
光电式传感器
电子信息及电气工程系
8-1 光电效应
一、外光电效应及器件,
1、外光电效应：在光线的作用下，物体内的电
子吸收光的能量逸出物体表面向外发射的现象
称为外光电效应（如光电管）。
红线频率：物体对应的光频阈值。
f光线 < f红线,再大的光强也不能导致电子发射；
f光线 > f红线,微弱的光线即可导致电子发射。
2、外光电器件：光电管
红外光源：银氧铯为阴极，构成红外探测器,
夜视镜等
光电倍增管：可方法几万倍到几十万倍
二、内光电效应及器件
1、内光电效应,
1）光电导效应：光照在物体上，使其电
阻率 ρ发生变化的效应。即电子吸收光能后，
从键合状态过度到自由状态，从而引起电导
率的变化。
照射光波长限,
只有照射光波长 <λC方可产生内光电效应
2）光生伏特效应,
势垒效应（结光电效应）：接触的半导体
或 PN结中，当光线照射其接触区时，引起光
电动势。
原理,
入射光照射在 PN结上时，若光子能量大于
半导体材料的禁带宽度 Eg时，则在 PN结内产
生电子空穴对，它们的移动使 PN结产生电势
。
- +
P N
三价
空穴
五价
电子
- +
+
-
三、内光电效应器件
1、光敏电阻
结构,
原理：照射光强 ↑→RG↓→ I↑
光照停止,RG恢复。
主要参数,
暗电阻：不受光照射时的电阻（大好）
亮电阻：受光照射时的电阻（小好）
暗电流：对应暗电阻的电流（小好）
亮电流：对应亮电阻的电流（大好）
光电流：亮电流 - 暗电流（大好）
伏安特性
光照特性
特点：灵敏度高（光照后阻值急剧下降），光
谱特性好，使用寿命长，稳定，体积小。
但频率低，非线性，宜用作开关量。
2、光电池,
特点：频率特性好，转换效率高，频谱宽,
稳定性好。
+
-
光电池的光谱特性,
硒光电池用于可见光
注意光源与光电池的匹配
硅光电池的光照特性
短路电流,（测量用）
线性，负载电阻小好
开路电压：非线性
硅 硒
光电池的频率特性,
硅光电池频率响应高，可用于高速场合
光电池的温度特性,
设计中应考虑温度的补偿
3、光敏二极管
原理,
入射光照射在 PN结上时在 PN结内产生电
子空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流
照射光 ↑→I↑光敏二极管处于导通状态
光照停止，光敏二极管处于截止状态
正向电阻：类似普通二极管
反向电阻,∞，随光照变化
光敏二极管的伏安特性
1）类似普通二极管
2）无意义
3）反向工作,
电流与光照相关
光照一定时相当于恒流源
4）不加反压类似光电池
2 1
3 4
4、光敏三极管
原理：入射光照射在 PN结上时在 PN结内产生电子
空穴对，在内电场作用下定向运动形成光电流。
光照发射结产生的光电流相当于三极管的基极电
流，其集电极电流是它的 β倍。
光敏三极管的伏安特性 光敏三极管的光照特性
光敏三极管的温度特性
光电流
暗电流
光敏三极管的光谱特性
红外探测用锗管,大部分情况下用硅管（暗电流小）
普通
光敏二极管检测，高速
带放大，可直接驱动
转换效率高，频率高
光电偶合器
铝板
光孔
A
B
C
门控
计数电路,
在规定的时
间内计数。
N = fA TB
计数器的测频功能
TX = T0 N
T0
N
计数器的测周期功能
5 应用
将被测量的变化转变为光信号的变化,
具有结构简单、非接触、高可靠性、高精
度和反映快等优点，应用广泛。
5 应用
1）模拟量光电传感器
检测系统,
辐射式
吸收式
反射式
遮光式
2）开关量光电传感器
检测系统
作 业
1 试比较光电阻、光电池、光敏二极
管、光敏三极管特点。
2 试设计一测试水浊度的电路。