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传感器及检测技术41光电效应和光电器件 1第4章光电式传感器原理与应用光电器件或光电元件是一种能将光量转化为电量的器件。 光电传感器就是以光电器件或光电元件是一种能将光量转化为电量的器件。 光电传感器就是以光电器件为检测元件的传感器，它为检测元件的传感器，它先将被测非电量转换为光量的变化，然后通过光电器件将相应的光量转换为电量先将被测非电量转换为光量的变化，然后通过光电器件将相应的光量转换为电量。 光电元件具有响应快、结构简单、可靠性高等优点。 普通的光电器件包括光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电倍增管、光电耦合器等。 光电元件具有响应快、结构简单、可靠性高等优点。 普通的光电器件包括光电管、光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池、光电倍增管、光电耦合器等。 2料位自动控制光电开关3光栅光电开关光敏电阻光电鼠标光电鼠标光敏管44.1光电效应和光电器件4.1.1光电管4.1.2光电倍增管4.1.3光敏电阻4.1.4光敏二极管和光敏晶体管4.1.5光电池4.1.6光电式传感器的应用5光电效应光电效应是指一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的是指一束光线照射到物质上时，物质的电子吸收了光子的能量而发生了相应的电效应现象。 产生光电效应的该物质就叫光电材料。 产生的光电效应现象有诸如电阻率变化、电子逸出、电动势变化等。 根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为三类。 产生光电效应的该物质就叫光电材料。 产生的光电效应现象有诸如电阻率变化、电子逸出、电动势变化等。 根据光电效应现象的不同特征，可将光电效应分为三类。 (1)外光电效应在光线照射下，使电子从物体表面逸出的现象。 如光电管、光电倍增管等。 在光线照射下，使电子从物体表面逸出的现象。 如光电管、光电倍增管等。 (2)内光电效应在光线照射下，使物体的电阻率发生变化的现象。 如光敏电阻等。 在光线照射下，使物体的电阻率发生变化的现象。 如光敏电阻等。 (3)光生伏特效应（阻挡层光电效应）在光线照射下，使物体产生一定方向的电动势的现象。 如光敏二极管、光敏晶体管、光电池等。 在光线照射下，使物体产生一定方向的电动势的现象。 如光敏二极管、光敏晶体管、光电池等。 根据光电效应制作的器件称为光电器件，也称光敏器件。 其种类很多，但工作原理都是基于光电效应。 其种类很多，但工作原理都是基于光电效应。 6 （1）外光电效应?在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应。 E h=h普朗克常数()光的频率（Hz）每个光子具有能量J.S1/=波长短，频率高，能量大。 式中?入射光的频谱成分不变时，产生的光电子与光强成正比。 7?光照射物体时电子吸收入射光子的量能量，当物体吸入的能量超出物体，当物体吸入的能量超出物体逸出功A时，电子就会逸出物体表面，产生时，电子就会逸出物体表面，产生光电子发射。 ?超出的能量就表现在电子逸出的动能上。 ?能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。 光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。 xxE hmv A=+?每个光子具有的能量可由能量守恒定律表示为xxmv为一个电子逸出的动能；（能量）；m为电子质量，0；电子逸出物体表面时的速度；A为电子的逸出功。 (爱因斯坦光电效应方程) （1）外光电效应光电子光照射e8?入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应。 ?这种效应几乎所有高电阻率半导体都有，在入射光作用下电子吸收光子能量，电子从价带激发到导带过渡到自由状态，同时价带也因此形成自由空穴，使导带电子和价带空穴浓度增大引起，电子从价带激发到导带过渡到自由状态，同时价带也因此形成自由空穴，使导带电子和价带空穴浓度增大引起电阻率减小。 （2）内光电效应（光电导效应）?为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量应大于禁带宽度的能量为使电子从价带激发到导带，入射光子的能量应大于禁带宽度的能量E0E g?基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 9?为什么PN结会因光照产生光生伏特效应呢？P N-+-+-+光源下面分两种情况讨论?不加偏压时的PN结?处于反偏时的PN结 （3）光生伏特效应?光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在PN结上产生结上产生电动势的效应。 10?当光照射在P-N结时，如果光电子能量足够大，就可激发出电子结时，如果光电子能量足够大，就可激发出电子空穴对，在P-N结内电场作用下空穴移向结内电场作用下空穴移向P区，而电子移向N区，使P区和N区之间产生电压，这个电压就是区之间产生电压，这个电压就是光生电动势.?基于这种效应的器件有光电池。 0SkT PUPhc Ich kT=s，光生电压与光功率、波长成正比光速、普朗克常数、，为常数，绝对温度，I暗电流?不加偏压P-N结?二极管PN结开路电压有P N电子空穴电子空穴-+-+-+光源 （3）光生伏特效应11?无光照时，反向电阻很大，反向电流很小；?有光照时，产生光生电子空穴对，在外电场作用下，光生电子空穴对，在外电场作用下，光生电子N，空穴P运动，形成光电流Ig。 -+?处于反偏时的P-N结（给P-N结加电场）?电流方向与反向电流一致，光照强光电流越大。 电流方向与反向电流一致，光照强光电流越大。 ?具有这种性能的器件有光敏二极管、光敏晶体管?从原理上讲，不加偏压的光电二极管就是光电池。 从原理上讲，不加偏压的光电二极管就是光电池。 ?光敏二极管通常加反向电压。 P N电子空穴电子空穴-+-+光源IgEIgE （3）光生伏特效应12由玻璃壳、两个电极(光电阴极K和阳极A)、引出插脚等组成。 制作工艺是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂上一层光电材料作为阴极是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂上一层光电材料作为阴极K，球心放置小球形或小环形金属作为阳极A。 当阴极K受到光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极A吸引，朝阳极吸引，朝阳极A方向移动，这就在光电管内产生电子流，在外电路中便产生了电流。 方向移动，这就在光电管内产生电子流，在外电路中便产生了电流。 4.1.1光电管光电管的结构13光电管分为真空光电管和充气光电管两种。 两者结构基本相同，不同的是充气光电管球内充了低压惰性气体。 当光电极被光线照射时，光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，从而使阳极电流急速增加，故增加了光电管的灵敏度。 光电管的两种。 两者结构基本相同，不同的是充气光电管球内充了低压惰性气体。 当光电极被光线照射时，光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，从而使阳极电流急速增加，故增加了光电管的灵敏度。 光电管的伏安特性曲线是指当光通量一定时，阳极电流与阳极电压之间的关系曲线。 由真空光电管和充气光电管的伏安特性曲线图可见，在阳极电压的一段范围内，阳极电流不随阳极电压的变化而变化，达到了比较稳定的是指当光通量一定时，阳极电流与阳极电压之间的关系曲线。 由真空光电管和充气光电管的伏安特性曲线图可见，在阳极电压的一段范围内，阳极电流不随阳极电压的变化而变化，达到了比较稳定的饱和区，这即是光电管的工作静态点。 选择光电管的工作参数点时，就应选在光电流与阳极电压无关的区域内。 ，这即是光电管的工作静态点。 选择光电管的工作参数点时，就应选在光电流与阳极电压无关的区域内。 光电管14真空光电管的伏安特性曲线充气光电管的伏安特性曲线相比而言，充气光电管的优点是灵敏度较高，但灵敏度随电压变化的稳定性，以及频率特性比真空光电管差。 总之，光电管的缺点是灵敏度总体较低、体积大、易破损，主要适于对较强的光信号检测，并注意防震动等，测试中一般选择真空光电管。 相比而言，充气光电管的优点是灵敏度较高，但灵敏度随电压变化的稳定性，以及频率特性比真空光电管差。 总之，光电管的缺点是灵敏度总体较低、体积大、易破损，主要适于对较强的光信号检测，并注意防震动等，测试中一般选择真空光电管。 151.结构和工作原理光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它是把微弱光信号转变成电信号且进行放大的器件，其典型结构和工作原理如图。 它主要由玻璃壳、光阴极光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它是把微弱光信号转变成电信号且进行放大的器件，其典型结构和工作原理如图。 它主要由玻璃壳、光阴极K、阳极A、若干倍增极E、引出插脚等组成，并由玻璃壳进行真空封装。 、引出插脚等组成，并由玻璃壳进行真空封装。 4.1.2光电倍增管16光阴极由脱出功较小的锑-铯等薄膜组成，光阴极接负高压，各倍增极的加速电压由直流高压电源经分压电阻分压提供，其电位依次升高。 灵敏检流计或负载电阻接在阳极铯等薄膜组成，光阴极接负高压，各倍增极的加速电压由直流高压电源经分压电阻分压提供，其电位依次升高。 灵敏检流计或负载电阻接在阳极A处。 当有光子入射到光阴极K上，只要光子能量大于光阴极材料的脱出功，就有电子从阴极表面逸出成为光电子。 在上，只要光子能量大于光阴极材料的脱出功，就有电子从阴极表面逸出成为光电子。 在K和E1之间的电场作用下，光电子被加速后轰击第一倍增极E1，从而使，从而使E1产生二次电子发射。 每一个电子的轰击约可产生(35)个二次电子，这就实现了电子数目的放大。 个二次电子，这就实现了电子数目的放大。 E1产生的二次电子被E2和E1之间的电场加速后轰击之间的电场加速后轰击E2，。 该程一直持续到最后一级倍增极E n，每经一级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有，每经一级倍增极，电子数目便被放大一次，倍增极的数目有n(414)个，最后一级倍增极个，最后一级倍增极E n发射的二次电子被阳极A收集，其电子数目可达光阴极收集，其电子数目可达光阴极K发射光电子数的n倍（若=4，n=10，则放大倍数为410106倍）。 这使光电倍增管的倍）。 这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。 光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点，使它是检测微弱光信号最灵敏的器件之一。 比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。 光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点，使它是检测微弱光信号最灵敏的器件之一。 172.光电倍增管的测量原理标准光源发出的光经聚光系统被聚焦在单色仪的入射狭缝S1上，通过单色仪的色散作用，在其出射狭缝处可获得单色光。 此单色光功率被的色散作用，在其出射狭缝处可获得单色光。 此单色光功率被光电倍增管接收放大后，在阳极A上产生相应的电信号，可由数字电压表直接读出。 调整单色仪的色散系统，可改变单色仪输出光的波长，就可得到光电倍增管在不同波长的光照射下产生的阳极电信号。 上产生相应的电信号，可由数字电压表直接读出。 调整单色仪的色散系统，可改变单色仪输出光的波长，就可得到光电倍增管在不同波长的光照射下产生的阳极电信号。 181.光敏电阻（光导管）的工作原理与结构光敏电阻是一种基于半导体的内光电效应制成的光电器件。 光敏电阻无极性，相当于一个电阻器件，其工作原理如图。 在光敏电阻的两端加直流或交流工作电压下，当无光照射时，光敏电阻电阻率较大，其阻值光敏电阻是一种基于半导体的内光电效应制成的光电器件。 光敏电阻无极性，相当于一个电阻器件，其工作原理如图。 在光敏电阻的两端加直流或交流工作电压下，当无光照射时，光敏电阻电阻率较大，其阻值R G很大，电路中电流很小；当有光照射时，由于光敏材料吸收了光能，光敏电阻率变小，从而很大，电路中电流很小；当有光照射时，由于光敏材料吸收了光能，光敏电阻率变小，从而R G呈低阻态，电路中电流很大。 光照越强，阻值越小，电流越大。 当光照停止时，呈低阻态，电路中电流很大。 光照越强，阻值越小，电流越大。 当光照停止时，R G又逐渐恢复高阻态，电路中只有微弱电流。 又逐渐恢复高阻态，电路中只有微弱电流。 4.1.3光敏电阻19光电导层；玻璃；金属壳；电极；电极；绝缘衬底；黑色绝缘玻璃；引线光敏电阻的外型与结构如图。 由一块两边带有金属电极的光电半导体组成，电极和半导体之间组成欧姆接触。 光敏电阻的外型与结构如图。 由一块两边带有金属电极的光电半导体组成，电极和半导体之间组成欧姆接触。 1.玻璃2.光电导层3.电极4.绝缘衬底5.金属壳6.黑色绝缘玻璃7.引线光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。 半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，故光电导体一般都做成薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，可提高光敏电阻的灵敏度。 光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响，因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。 半导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，故光电导体一般都做成薄层。 光敏电阻的电极一般采用梳状，可提高光敏电阻的灵敏度。 20光敏电阻具有灵敏度高，可靠性好及光谱特性好，精度高、体积小、性能稳定、价格低廉等特点，广泛用于光探测和光自控领域，如照相机、验钞机、石英钟及各种光控动物玩具，光控灯饰等。 光敏电阻具有灵敏度高，可靠性好及光谱特性好，精度高、体积小、性能稳定、价格低廉等特点，广泛用于光探测和光自控领域，如照相机、验钞机、石英钟及各种光控动物玩具，光控灯饰等。 2.光敏电阻的主要参数 (1)暗电阻与暗电流暗电阻指光敏电阻在室温且不受光照时的稳定电阻值，在给定工作电压下，流过光敏电阻的电流称为暗电流。 暗电阻指光敏电阻在室温且不受光照时的稳定电阻值，在给定工作电压下，流过光敏电阻的电流称为暗电流。 (2)亮电阻与亮电流亮电阻指在某光照下光敏电阻的阻值，此时流过的电流称为亮电流。 亮电阻指在某光照下光敏电阻的阻值，此时流过的电流称为亮电流。 (3)光电流光电流指亮电流与暗电流的差值。 显然，光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，即两者差值越大，光电流越大，灵敏度也越高。 实际上大多暗电阻超过光电流指亮电流与暗电流的差值。 显然，光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，即两者差值越大，光电流越大，灵敏度也越高。 实际上大多暗电阻超过1兆欧，甚至达到100兆欧，亮电阻则在1千欧以下，故光电阻灵敏度相当高。 千欧以下，故光电阻灵敏度相当高。 213光敏电阻的基本特性 （1）伏安特性（）伏安特性 （2）光照特性（）光照特性 （3）光谱特性（）光谱特性 （4）响应时间和频率特性（）响应时间和频率特性 （5）温度特性22指在一定的光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。 可见，在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，所加电压越大，光电流越大，且没有饱和现象。 但不能无限制地提高电压，在使用时光敏电阻受耗散功率的限制，其两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由它可确定光敏电阻的正常工作电压。 指在一定的光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系。 可见，在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大；在一定光照度下，所加电压越大，光电流越大，且没有饱和现象。 但不能无限制地提高电压，在使用时光敏电阻受耗散功率的限制，其两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由它可确定光敏电阻的正常工作电压。 （1）伏安特性23指在外加一定电压时，光敏电阻的光电流与光强之间的关系。 可见，曲线非线性，故光敏电阻不宜做测量元件，而常在自动控制中用做光电开关。 指在外加一定电压时，光敏电阻的光电流与光强之间的关系。 可见，曲线非线性，故光敏电阻不宜做测量元件，而常在自动控制中用做光电开关。 （2）光照特性24指在外加一定电压时，输出电流与入射光波长之间的关系。 可见，不同材料制造的光敏电阻其光谱特性差别很大，某种材料制造的光敏电阻只对某一波长的入射光具有最高的灵敏度。 故在选用光敏电阻时要考虑光源的波长，以得到满意效果。 指在外加一定电压时，输出电流与入射光波长之间的关系。 可见，不同材料制造的光敏电阻其光谱特性差别很大，某种材料制造的光敏电阻只对某一波长的入射光具有最高的灵敏度。 故在选用光敏电阻时要考虑光源的波长，以得到满意效果。 （3）光谱特性25响应时间指当光敏电阻突然受光照时，光电流要经一段时间才能上升到稳态值，而在突然停止光照后，光电流也不立刻为零，在时间上有一个滞后，即光电导的指当光敏电阻突然受光照时，光电流要经一段时间才能上升到稳态值，而在突然停止光照后，光电流也不立刻为零，在时间上有一个滞后，即光电导的弛豫现象，常用响应时间t(上升时间t1和下降时间和下降时间t2）来表示。 频率特性是指光照的交变频率与光敏电阻光电流输出的关系。 由于不同材料的光敏电阻的响应时间特性不同，故其频率特性也不同。 可见，是指光照的交变频率与光敏电阻光电流输出的关系。 由于不同材料的光敏电阻的响应时间特性不同，故其频率特性也不同。 可见，光敏电阻的响应时间较大，故它不能用在要求快速响应的场合。 光敏电阻的响应时间较大，故它不能用在要求快速响应的场合。 频率特性时间响应 （4）响应时间和频率特性26指在一定光照下，光敏电阻的阻值、灵敏度或光电流受温度的影响。 随温度升高，暗电阻和灵敏度都下降。 显然，光敏电阻的温度系数越小越好，但不同材料的光敏电阻，温度系数不同。 故使用时应采用降温措施，改善其温度系数。 指在一定光照下，光敏电阻的阻值、灵敏度或光电流受温度的影响。 随温度升高，暗电阻和灵敏度都下降。 显然，光敏电阻的温度系数越小越好，但不同材料的光敏电阻，温度系数不同。 故使用时应采用降温措施，改善其温度系数。 121212%100)(?=CR TTR R温度系数:定义为在一定光照下，温度每变化1，光敏电阻阻值的平均变化率。 ，光敏电阻阻值的平均变化率。 （5）温度特性27温度对光谱特性影响?随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。 因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。 随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。 因此，采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。 硫化铅光敏电阻的光谱温度特性28有光照时，光敏电阻Rg下降,继电器断开;无光照时，光敏电阻Rg上升,V DW1反向饱和导通,继电器闭合.光敏电阻开关控制电路R g磁电式继电器磁电式继电器291.工作原理与结构光敏二极管是基于半导体光生伏特效应制成。 其结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，其制成。 其结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，其PN结对光敏感。 将PN结装在管顶部，上有一个透镜制成的窗口，以使光线集中在结装在管顶部，上有一个透镜制成的窗口，以使光线集中在PN结上。 4.1.4光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管30光敏二极管工作时一般是外加反向工作电压。 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小，光敏二极管处于截止状态。 有光照时，在光敏二极管工作时一般是外加反向工作电压。 无光照时，反向电阻很大，反向电流很小，光敏二极管处于截止状态。 有光照时，在PN结附近产生光生电子和空穴对，使少数载流子浓度大大增加，故通过结附近产生光生电子和空穴对，使少数载流子浓度大大增加，故通过PN结的反向电流也随之增加，从而形成由结的反向电流也随之增加，从而形成由N区指向P区的光电流，此时光敏二极管处于导通状态。 当入射光强度变化时，光生电子和空穴对的浓度也相应变化，故通过光敏二极管的电流也随之变化，这就实现了将光信号转变为电信号的输出。 在家用电器、照相机中光敏二极管用作自动测光器件。 区的光电流，此时光敏二极管处于导通状态。 当入射光强度变化时，光生电子和空穴对的浓度也相应变化，故通过光敏二极管的电流也随之变化，这就实现了将光信号转变为电信号的输出。 在家用电器、照相机中光敏二极管用作自动测光器件。 光敏二级管工作原理31光敏晶体管有NPN和PNP型两种，是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通晶体管，外形与光电二极管相似。 其工作原理与光敏二极管很相似。 光敏晶体管有两个型两种，是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通晶体管，外形与光电二极管相似。 其工作原理与光敏二极管很相似。 光敏晶体管有两个PN结。 当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，基极结。 当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，基极-集电极就反偏。 当光照射在基极集电极就反偏。 当光照射在基极-集电结上时，就会在集电结附近产生光生电子-空穴对，从而形成基极光电流。 集电极电流是基极光电流的空穴对，从而形成基极光电流。 集电极电流是基极光电流的倍。 这与普通晶体管放大基极电流的作用很相似。 故光敏晶体管放大了基极光电流，其灵敏度比光敏二极管高出许多。 倍。 这与普通晶体管放大基极电流的作用很相似。 故光敏晶体管放大了基极光电流，其灵敏度比光敏二极管高出许多。 光敏晶体管结构和工作原理322基本特性（ （1）光谱特性（）光谱特性 （2）伏安特性（）伏安特性 （3）光照特性（）光照特性 （4）温度特性（）温度特性 （5）频率响应33可见，光敏二极管的光照特性曲线的线性比光敏晶体管好。 但光敏晶体管的光电流比光敏二极管大，因为光敏晶体管具有电流放大倍数。 故光敏晶体管的信噪比要比光敏二极管小。 硅光敏二级管和硅光敏晶体管的光照特性可见，光敏二极管的光照特性曲线的线性比光敏晶体管好。 但光敏晶体管的光电流比光敏二极管大，因为光敏晶体管具有电流放大倍数。 故光敏晶体管的信噪比要比光敏二极管小。 硅光敏二级管和硅光敏晶体管的光照特性 （1）光照特性34可见，当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降，这是因为光子能量太小，不足以激发电子可见，当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降，这是因为光子能量太小，不足以激发电子-空穴对。 当入射光波长缩小时，相对灵敏度也要下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收，投入深度小，在表面激发的电子空穴对。 当入射光波长缩小时，相对灵敏度也要下降，这是因为光子在半导体表面附近就被吸收，投入深度小，在表面激发的电子-空穴对不能到达PN结。 光敏二极管和光敏晶体管对入射光的波长有一个响应范围。 如锗管的响应范围在结。 光敏二极管和光敏晶体管对入射光的波长有一个响应范围。 如锗管的响应范围在0.6m1.8m波长附近；而硅管的响应范围在0.4m1.2m波长附近。 硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性因为锗管暗电流较大，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。 在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。 因为锗管暗电流较大，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。 在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。 （2）光谱特性35其伏安特性曲线类似于普通二极管和三极管。 可见，在零偏压时，光敏二极管有光电流输出；而光敏晶体管无光电流。 光敏二极管的光电流主要取决于光照强度，所加偏压影响较小。 而光敏晶体管的偏压对光电流的影响较大。 且光敏晶体管的光电流比相同管型的二极管大上百倍。 其伏安特性曲线类似于普通二极管和三极管。 可见，在零偏压时，光敏二极管有光电流输出；而光敏晶体管无光电流。 光敏二极管的光电流主要取决于光照强度，所加偏压影响较小。 而光敏晶体管的偏压对光电流的影响较大。 且光敏晶体管的光电流比相同管型的二极管大上百倍。 (a)光敏二极管的伏安特性(b)光敏晶体管的伏安特性 （3）伏安特性36 （4）温度特性?其暗电流及光电流与温度的关系温度变化对光电流影响很小，而对暗电流影响很大。 37 （5）频率响应?指具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流指具有一定频率的调制光照射时，光敏管输出的光电流(或负载上的电压)随频率的变化关系硅光敏晶体管的频率响应硅管的频率响应较锗管好。 光敏晶体管的截止频率与其基区厚度成反比。 要截止频率高，基区就要薄，但这将降低光电灵敏度。 硅管的频率响应较锗管好。 光敏晶体管的截止频率与其基区厚度成反比。 要截止频率高，基区就要薄，但这将降低光电灵敏度。 38光电池在有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外加电源。 它是一种直接将光能转换为电能的光电器件。 硅光电池是在一块光电池在有光线作用下实质上就是电源，电路中有了这种器件就不再需要外加电源。 它是一种直接将光能转换为电能的光电器件。 硅光电池是在一块N型(或P)硅片上，用扩散法掺入一些P型(或N)杂质，而形成一个大面积的杂质，而形成一个大面积的PN结。 当入射光照在PN结上时，PN结附近激发出电子结附近激发出电子空穴对，在PN结势垒电场作用下，将光生电子拉向N区，光生空穴推向P区，形成P区为正、N区为负的光生电动势。 若将区为负的光生电动势。 若将PN结与负载相连，则电路上有电流流过。 电流的方向由P区流经外电路至区流经外电路至N区。 若将电路断开，就可以测出光生电动势。 4.1.5光电池-1.工作原理与结构392基本特性 (1)光谱特性 (2)光照特性 (3)频率响应 (4)温度特性 (5)稳定性40指相对灵敏度和入射光波长之间的关系。 可见，不同材料的光电池的光谱峰值位置是不同的，例如，硅光电池可在指相对灵敏度和入射光波长之间的关系。 可见，不同材料的光电池的光谱峰值位置是不同的，例如，硅光电池可在4001200nm的较宽范围内使用，而硒光电池只能在的较宽范围内使用，而硒光电池只能在380nm750nm范围内使用。 （1）光谱特性41指光生电动势与照度之间的特性曲线。 不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。 可见，短路电流在很大范围内与光照度成线性关系；开路电压与光照度的关系是非线性的，且在指光生电动势与照度之间的特性曲线。 不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的。 可见，短路电流在很大范围内与光照度成线性关系；开路电压与光照度的关系是非线性的，且在200lx时就趋于饱和。 (2)光照特性硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系故光电池作为测量元件使用时，应把它当做电流源的形式使用，利用短路电流与光照度成线性关系的优点，而不要把它当做电压源使用。 故光电池作为测量元件使用时，应把它当做电流源的形式使用，利用短路电流与光照度成线性关系的优点，而不要把它当做电压源使用。 42光电池的短路电流指，外界负载电阻相对于其内阻来说很小时的电流值。 可知，负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽光电池的短路电流指，外界负载电阻相对于其内阻来说很小时的电流值。 可知，负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽硅光电池在不同负载下的光照特性43 (3)频率响应?光电池作为测量、计数、接收器件时，常用调制光作为输入。 其频率响应即指输出电流随调制光频率变化的关系。 硅光电池具有较高的频率响应，用于高速计数的光电转换。 而硒光电池则较差。 光电池作为测量、计数、接收器件时，常用调制光作为输入。 其频率响应即指输出电流随调制光频率变化的关系。 硅光电池具有较高的频率响应，用于高速计数的光电转换。 而硒光电池则较差。 44 (4)温度特性?指开路电压和短路电流随温度变化的关系。 ?它关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标。 它关系到应用光电池的仪器的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等重要指标。 硅光电池的温度特性(照度1000lx)可见，开路电压随温度增加而下降较快，短路电流随温度上升而增加却很慢。 故用光电池作为敏感测量元件时，应注意保持恒温或采取相应的温度补偿措施。 可见，开路电压随温度增加而下降较快，短路电流随温度上升而增加却很慢。 故用光电池作为敏感测量元件时，应注意保持恒温或采取相应的温度补偿措施。 45 (5)稳定性?当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的，使用寿命很长。 硅光电池的性能比硒光电池更稳定。 当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的，使用寿命很长。 硅光电池的性能比硒光电池更稳定。 ?影响性能和寿命因素光电池的材料及制造工艺使用环境条件高温、强光等光电池的材料及制造工艺使用环境条件高温、强光等464.1.6光电式传感器的应用?模拟式光电传感器?脉冲式光电传感器471.模拟式光电传感器?其工作原理是基于光电器件的光电流随光通量而发生变化，是其工作原理是基于光电器件的光电流随光通量而发生变化，是光通量的函数。 ?即对于光通量的任意一个选定值，对应的光电流就有一个确定的值，而光通量又随被测非电量的变化而变化，这样光电流就成为被测非电量的函数。 这类传感器大都用于测量位移、表面粗糙度、振动等参数。 即对于光通量的任意一个选定值，对应的光电流就有一个确定的值，而光通量又随被测非电量的变化而变化，这样光电流就成为被测非电量的