《传感器技术》课程电子教案（PPT教学课件）第2章 光电式传感器

第2章光电式传感器 将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光 电元件。光电式传感器的工作原理是:首先把 鹁阄鞲段荛华揆 的变化,然后通过 。光电传態 作基础是光电效应。 辐射源 光学通路光电器件>输出 被测量 被测量

第2章 光电式传感器 将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光 电元件。光电式传感器的工作原理是：首先把 被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过 光电转换元件变换成电信号。光电传感器的工 作基础是光电效应

2.1光电效应概述 光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。 外光电效应 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。 基于外光电效应的光电器件由光电管、光电倍增管等。 我们知道,光子是具有能量的粒子,每个光子具有的能力 由下式确定。 e=h 式中:h=6.626×103(s)为普朗克常数 v一光的频率(s)

2.1 光电效应概述 光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。 一. 外光电效应 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。 基于外光电效应的光电器件由光电管、光电倍增管等。 我们知道，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能力 由下式确定。 s ) h 6.626 10 (J s ) -1 -3 4 －光的频率（ 式中： 为普朗克常数   =   E = h

若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服逸 出功A0时,电子就逸出物体表面,产生电子发 射。故要使一个电子逸出,则光子能量hν必须 超出逸出功A0,超过部分的能量,表现为逸出 电子的动能。即 h 2+ Ao 式中:m-电子质量 电子逸出速度

若物体中电子吸收的入射光的能量足以克服逸 出功A0时，电子就逸出物体表面，产生电子发 射。故要使一个电子逸出，则光子能量hν必须 超出逸出功A0 ，超过部分的能量，表现为逸出 电子的动能。即 电子逸出速度。 式中： 电子质量 u - m - 0 0 2 0 2 1 h = mu + A

二内光电效应 受光照的物体导电率发生变化,或产生光生电 动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分 为以下两大类。 1)光电导效应。在光线作用下,电子吸收光子 能量从键合状态过渡到自由状态,而引起材料 电阻率变化,这种效应称为光电导效应。基于 这种效应的器件有光敏电阻等。 2)光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产 生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基 于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等

二.内光电效应 受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电 动势的效应叫内光电效应。内光电效应又可分 为以下两大类。 1）光电导效应。在光线作用下，电子吸收光子 能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料 电阻率变化，这种效应称为光电导效应。基于 这种效应的器件有光敏电阻等。 2）光生伏特效应。在光线作用下能够使物体产 生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。基 于该效应的器件有光电池和光敏晶体管等

2.2光电管 普通光电管 在一个真空泡内装有两个电 阴极 极:光电阴极和光电阳极。 阳极 光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料徐敷在玻璃泡内 壁上做成,其感光面对准光 的照射孔。当光线照射到光 敏材料上,便有电子逸出, 这些电子被具有正电位的阳 极所吸引,在光电管内形成 空间电子流,在外电路就产 生电流

一. 普通光电管 在一个真空泡内装有两个电 极：光电阴极和光电阳极。 光电阴极通常是用逸出功小 的光敏材料徐敷在玻璃泡内 壁上做成，其感光面对准光 的照射孔。当光线照射到光 敏材料上，便有电子逸出， 这些电子被具有正电位的阳 极所吸引，在光电管内形成 空间电子流，在外电路就产 生电流。 2.2 光电管

人射光 阳极 阴极 光电管的结构及外电路接线 a)光电管的结构b)外电路接线

二.光电倍增管 1.结构与 原理 光 由于真空 通蛋 光电管的 灵敏度较 K倍增极D阳极A 低,因此光 人们便研 制了光电 交乡 倍增管, 其工作原 DI 理如图。 光电倍增管的外形和工作原理

二. 光电倍增管 1.结构与 原理 由于真空 光电管的 灵敏度较 低，因此 人们便研 制了光电 倍增管， 其工作原 理如图

2主要参数 1)倍增系数M M=6 电流放大倍数 M与所加电压有关,一般在105-108之间。一般阳极 和阴极的电压为1000V-2500V,两个相邻的倍增电 极的电压差为50V-100V

2.主要参数 1）倍增系数M n M =  i 电流放大倍数 n i i I  = =  M与所加电压有关，一般在105－108之间。一般阳极 和阴极的电压为1000V－2500V，两个相邻的倍增电 极的电压差为50V－100V

2)阴极灵敏度和总灵敏度 一个光子在阴极上能 放大倍数 够打出的平均电子数 10 焦作光电阴极的灵敏 度。而一个光子在阳 105 极上产生的平均电子 数焦灼光电倍增管的 04 总灵敏度。 0 光电倍增管的放大倍 极间电压/v 数或总灵敏度如图所 刁N 255075100125 光电倍增管的特性曲线

2）阴极灵敏度和总灵敏度 一个光子在阴极上能 够打出的平均电子数 焦作光电阴极的灵敏 度。而一个光子在阳 极上产生的平均电子 数焦灼光电倍增管的 总灵敏度。 光电倍增管的放大倍 数或总灵敏度如图所 示

23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 有光线作用下实质就是电源,电路中有了这种器件就不需要外 加电源。 结构与工作原理 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。它实质上是一 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 有光线作用下实质就是电源, 电路中有了这种器件就不需要外 加电源。 一.结构与工作原理 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应” 。 它实质上是一 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。 2.3 光电池