4.生物医学传感-第4章课件

第四章物理传感器的基本原理4.生物医学传感-第4章上章内容回顾2、传感器的静态特性定义，传感器的静态特性方程，静态特性指标(线性度、灵敏度、迟滞、重复性、测量范围等)的定义、意义和分析。1、传感器的基本特性：传感器的静态特性和动态特性。

3、传感器动态特性定义，传感器的基本动态特性方程：零阶系统、一阶系统和二阶系统。

4、传感器动态特性：传递函数、动态响应、频率特性。

重点掌握！！！4.生物医学传感-第4章按被测量分类（一种宏观分类方法）物理传感器:用于测量血压、体温、血流量、生物磁场等，被测量都是物理量。设计时多这些非电量的利用物理性质和物理效应。

化学传感器:用于测量人体内某些化学成分、浓度、PH值等，被测量都属于化学量（被测物质分子量较小）。设计时多利用电化学原理或物理效应。生物传感器：用于测量酶、抗原、抗体、激素、DNA、RNA等物质，被测量都属于化学量（被测物质分子量较大）。利用生物活性物质具有的选择识别待测生物化学物质的能力而制成传感器。生物医学传感器的分类4.生物医学传感-第4章物理传感器（PhysicalSensor

）

物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应（如光电效应、压电效应、电磁效应、热电效应等)，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量能形式的信号（通常是电信号）的装置。其输出的信号和输人的信号有确定的函数关系。物理传感器是目前应用该范围最广，使用量最大的传感器。4.生物医学传感-第4章按工作原理分类：

光电式传感器压电式传感器应变式传感器电容式传感器电感式传感器磁电式传感器热电式传感器

………..从被测对象分类：

心音传感器

压力传感器

血流传感器

呼吸传感器

温度传感器

………..物理传感器分类4.生物医学传感-第4章§4-1

光电式传感器光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。什么是光电式传感器？

主要用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

4.生物医学传感-第4章特点及应用光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠、精度高等特点。因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电式传感器的进一步应用开创了新的一页。在生物医学领域也应用广泛：

光电脉搏传感器、热成像、核医学检测器、光导纤维血压计等。4.生物医学传感-第4章

光电传感器由光电器件组成，包括光电管、光电倍增管、光电导元件、光电势元件和光敏管等工作的物理基础是光电效应。什么是光电效应?光照射在某些物质上时,物质的电子吸收光子的能量而发生电效应现象，如导电率变化、释放电子和产生电动势等。释放的电子叫光电子，能产生光效应的物质叫光电材料。光电效应按其作用原理分为以下两大类型：外光电效应内光电效应4.生物医学传感-第4章

1.外光电效应—在光照的作用下，物体表面和内部电子吸收光能后逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，亦称光电发射效应。如光电管、光电倍增管等。一、外光电效应及器件外光电效应遵循以下两个定律：

（1）斯托列夫定律—当入射光的频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目的饱和值）与入射光的强度成正比。此定律是光电管、光电倍增管的检测基础。

（2）爱因斯坦定律—光电子的最大动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。4.生物医学传感-第4章光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hνh—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。根据能量守恒定理：

该方程称为爱因斯坦光电效应方程。式中m—电子质量；v0—电子逸出速度；Ao—金属的逸出功4.生物医学传感-第4章光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱，也会有光电子射出。当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。光电子逸出物体表面具有初始动能mv02/2

，因此外光电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压，而且截止电压与入射光的频率成正比。4.生物医学传感-第4章

2.二次电子发射和电子倍增现象

具有足够动能的电子轰击任何物体使该物体发射出电子的现象，称为二次电子发射现象。轰击物体的电子称为一次电子，受轰击物体发射的电子称为二次电子。

用二次发射系数δ来表示物体二次电子发射能力：式中：ns、is分别是二次电子数和二次电流

np、ip分别是一次电子数和一次电流若δ>1时,则会发生空间电子数成倍增加的现象，即电子倍增效应。4.生物医学传感-第4章

利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。(一)光电管1.结构与工作原理

光电管有真空光电管和充气光电管或称电子光电管和离子光电管两类。两者结构相似，如图。它们由一个光电阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。3.外光电效应器件光电管的结构示意图光光电阴极阳极4.生物医学传感-第4章

光电器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光谱特性、响应时间、峰值探测率和温度特性来描述。（1）光电管的伏安特性2.主要性能

在一定的光照射下，对光电器件的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。光电管的伏安特性如图所示。它是应用光电传感器参数的主要依据。光电管的伏安特性电压/V5020μlm40μlm60μlm80μlm100μlm120μlm100150200024681012IA/μA4.生物医学传感-第4章（2）

光电管的光照特性通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电管的光照特性，光电流I与光通量成线性关系。曲线2为锑铯阴极的光电管光照特性，它成非线性关系。光照特性曲线的斜率称为光电管的灵敏度。

光电管的光照特性255075100200.51.52.0Φ/1mIA/μA1.02.514.生物医学传感-第4章（3）光电管光谱特性保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波长之间的关系叫光电管的光谱特性。一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率υ0，因此它们可用于不同的光谱范围。即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率υ0，并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。所以，对各种不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极。4.生物医学传感-第4章(二)光电倍增管

当入射光很微弱时，普通光电管产生的光电流很小，只有零点几μA，很不容易探测。这时常用光电倍增管对电流进行放大，下图为其内部结构示意图。1.结构和工作原理：由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料如锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；入射光光电阴极第一倍增极阳极第三倍增极4.生物医学传感-第4章阳极是最后用来收集电子的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105-106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。4.生物医学传感-第4章（1）倍增系数M

倍增系数M等于n个倍增电极的二次电子发射系数δ的乘积。如果n个倍增电极的δ都相同，则M=因此，阳极电流I为

I=i·

i—光电阴极的光电流光电倍增管的电流放大倍数β为

β=I/i=M与所加电压有关，M在105~108之间，稳定性为1％左右，加速电压稳定性要在0.1％以内。如果有波动，倍增系数也要波动，因此M具有一定的统计涨落。一般阳极和阴极之间的电压为1000~2500V，两个相邻的倍增电极的电位差为50~100V。对所加电压越稳越好，这样可以减小统计涨落，从而减小测量误差。

2.主要参数4.生物医学传感-第4章

103

104

105

106255075100125极间电压/V放大倍数光电倍增管的特性曲线4.生物医学传感-第4章（2）光电阴极灵敏度和光电倍增管总灵敏度一个光子在阴极上能够打出的平均电子数叫做光电倍增管的阴极灵敏度。而一个光子在阳极上产生的平均电子数叫做光电倍增管的总灵敏度。光电倍增管的最大灵敏度可达10A/lm，极间电压越高，灵敏度越高；但极间电压也不能太高，太高反而会使阳极电流不稳。另外，由于光电倍增管的灵敏度很高，所以不能受强光照射，否则将会损坏。4.生物医学传感-第4章（3）暗电流和本底脉冲一般在使用光电倍增管时，必须把管子放在暗室里避光使用，使其只对入射光起作用；但是由于环境温度、热辐射和其它因素的影响，即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流，这种电流称为暗电流，这是热发射所致或场致发射造成的，这种暗电流通常可以用补偿电路消除。

如果光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全蔽光情况下，出现的电流称为本底电流，其值大于暗电流。增加的部分是宇宙射线对闪烁体的照射而使其激发，被激发的闪烁体照射在光电倍增管上而造成的，本底电流具有脉冲形式。4.生物医学传感-第4章光电倍增管的光照特性与直线最大偏离是3%10－1310－1010－910－710－510－310－1在45mA处饱和10－1410－1010－610－2光通量/1m阳极电流/A（4）光电倍增管的光照特性

光照特性反映了光电倍增管的阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系。对于较好的管子，在很宽的光通量范围之内，这个关系是线性的，即入射光通量小于10-4lm时，有较好的线性关系。光通量大，开始出现非线性，如图所示。4.生物医学传感-第4章当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：二、内光电效应及器件1光电导效应

在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。4.生物医学传感-第4章当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，在外场的作用下形成光电流。如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg4.生物医学传感-第4章材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即4.生物医学传感-第4章

2光生伏特效应

在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。

①结型光电效应

接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结型光电效应。4.生物医学传感-第4章

以PN结为例，光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。

4.生物医学传感-第4章结型光电器件与光电导器件的区别：（1）产生光电变换的部位不同；（2）光电导器件没有极性，而结型光电器件有确定的正负极性；（3）光电导器件驰豫时间较大，结型器件驰豫时间相应较小，因此响应速度较快；（4）有些结型光电器件灵敏较高，可以通过较大的电流。4.生物医学传感-第4章

当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电位置敏感器件（PSD）。②侧向光电效应4.生物医学传感-第4章利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件称内光电效应器件，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。一、光敏电阻光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。

优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。

不足：需要外部电源，有电流时会发热。

3内光电效应器件4.生物医学传感-第4章(一)光敏电阻的结构与工作原理结构：它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质，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。4.生物医学传感-第4章

(二)光敏电阻的主要参数

1．暗电阻

光敏电阻在不受光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。4.生物医学传感-第4章

(三)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。

4.生物医学传感-第4章2．光谱特性

光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响应。光谱特性与光敏电阻的材料有关。0.65um1.05um2.3um4.生物医学传感-第4章3．温度特性

温度变化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都要改变，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。

4.生物医学传感-第4章二、光电池

光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。它是基于光生伏特效应制成的，是发电式有源元件。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。

按光电池的用途可分为两类：即太阳能光电池和测量光电池。4.生物医学传感-第4章1、硒光电池2、氧化亚铜光电池3、硫化铊光电池4、硫化镉光电池5、锗光电池6、硅光电池7、砷化镓光电池光电池的种类：能用可见光作光源能用可见光作光源光电池的基本结构就是一个PN结，根据制作PN结的材料不同：4.生物医学传感-第4章1.光电池的结构和工作原理硅光电池的结构如图所示。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质(如硼)形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。光电池的示意图+光PN－SiO2RL(a)光电池的结构图I光(b)光电池的工作原理示意图

P

N4.生物医学传感-第4章（1）光照特性

开路电压曲线：光生电动势与照度之间的特性曲线，当照度为2000lx时趋向饱和。

短路电流曲线：光电流与照度之间的特性曲线2.基本特性L/klx

L/klx

5432100.10.20.30.40.5246810开路电压Uoc

/V0.10.20.30.4

0.50.30.1012345Uoc/VIsc

/mAIsc/mA(a)硅光电池(b)硒光电池开路电压短路电流短路电流4.生物医学传感-第4章

短路电流，指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的。光电池在不同照度下，其内阻也不同，因而应选取适当的外接负载近似地满足“短路”条件。下图表示硒光电池在不同负载电阻时的光照特性。从图中可以看出，负载电阻RL越小，光电流与强度的线性关系越好，且线性范围越宽。02468100.10.20.30.40.5I/mAL/klx

50Ω100Ω1000Ω5000ΩRL=04.生物医学传感-第4章204060801000.40.60.81.01.20.2I/%12λ/μm(2)光谱特性

光电池的光谱特性决定于材料。从曲线可看出，硒光电池在可见光谱范围内有较高的灵敏度，峰值波长在540nm附近，适宜测可见光。硅光电池应用的范围400nm—1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。1——硒光电池2——硅光电池4.生物医学传感-第4章(3)频率特性光电池作为测量、计数、接收元件时常用调制光输入。光电池的频率响应就是指输出电流随调制光频率变化的关系。由于光电池PN结面积较大，极间电容大，故频率特性较差。图示为光电池的频率响应曲线。由图可知，硅光电池具有较高的频率响应，如曲线2，而硒光电池则较差，如曲线1。204060801000I/%1234512f/kHz1——硅光电池2——硒光电池4.生物医学传感-第4章（4）温度特性光电池的温度特性是指开路电压和短路电流随温度变化的关系。由图可见，开路电压与短路电流均随温度而变化，它将关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响到测量或控制精度等主要指标，因此，当光电池作为测量元件时，最好能保持温度恒定，或采取温度补偿措施。2004060904060UOC/mVT/ºCISCUOCISC

/μA600400200UOC——开路电压ISC——短路电流硅光电池在1000lx照度下的温度特性曲线4.生物医学传感-第4章

光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。它和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此它的频率特性特别好。光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为几μA到几十μA。三、光敏晶体管4.生物医学传感-第4章

1.光敏二极管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结装在管顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，如图所示。光敏二极管符号光敏二极管接线

RL

光PNPN光4.生物医学传感-第4章工作原理光敏二极管工作在光电导工作模式。在无光照时，若给PN结加上一个适当的反向电压，流过PN结的电流称反向饱和电流或暗电流。当光敏二极管被光照时，则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。光照越强，光电流就越大。

光电流与照度之间呈线性关系，即光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。4.生物医学传感-第4章2.光敏三极管

光敏三极管与普通晶体三极管相似——具有电流放大作用，只是它的集电极电流不只受基极电流控制，还受光的控制。所以光敏三极管的外型有光窗。管型分为NPN型和PNP型两种。

PPNNNPe

b

bc

RL

Eec4.生物医学传感-第4章工作时要保证集电极反偏，发射极正偏。

RL

E光敏三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。光电转换部分是在集-基结区内进行，而集电极、基极、发射极构成了一个有放大作用的晶体管。4.生物医学传感-第4章光敏三极管的主要特性：

光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。（1）光谱特性相对灵敏度/%硅锗入射光λ/Å40008000120001600010080604020

0硅的峰值波长为9000Å，锗的峰值波长为15000Å。由于锗管的暗电流比硅管大，因此锗管的性能较差。故在可见光或探测赤热状态物体时，一般选用硅管；但对红外线进行探测时,则采用锗管较合适。4.生物医学传感-第4章光敏三极管的伏安特性（2）伏安特性

光敏三极管的伏安特性曲线如图所示。光敏三极管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxI/mA24620406080U/V

一般硅光敏三极管的光电流在毫安量级，硅光敏二极管的光电流在微安量级4.生物医学传感-第4章光敏晶体管的光照特性I/μAL/lx200400600800100001.02.03.0

光敏三极管的光照特性如图所示。它给出了光敏三极管的输出电流I和照度之间的关系。它们之间呈现了近似线性关系。当光照足够大(几klx)时，会出现饱和现象，从而使光敏三极管既可作线性转换元件，也可作开关元件。

（3）光照特性4.生物医学传感-第4章暗电流/mA光电流/mA10203040506070T/ºC25

050100

02003004001020304050607080T/ºC光敏晶体管的温度特性光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大．所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。（4）温度特性4.生物医学传感-第4章光敏三极管的频率特性曲线如图所示。光敏三极管的频率特性受负载电阻的影响，减小负载电阻可以提高频率响应。一般来说，光敏三极管的频率响应比光敏二极管差。对于锗管，入射光的调制频率要求在5kHz以下。硅管的频率响应要比锗管好。入射光调制频率/HZ0100100050050001000020406010080RL=1kΩRL=10kΩRL=100kΩ相对灵敏度/%光敏晶体管的频率特性（5）频率特性4.生物医学传感-第4章

1、PIN光电二极管几种特殊光电二极管

PIN光电二极管又称快速光电二极管。它的结构特点是，在P型半导体和N型半导体之间夹着一层很厚的本征半导体。（1）有较厚的I层，因此内电场就基本上全集中于I层，使PN结间距离拉大，结电容变小，从而提高了PIN光电二极管的频率响应。（2）由于I层较厚，又工作在反偏，使结区耗尽层厚度增加，提高了对光的吸收和光电变化区域，使量子效率提高。（3）同时还增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度。（4）由于I层较厚，在反偏下工作可承受较高的反向偏压，这使线性输出范围变宽。4.生物医学传感-第4章

2、雪崩光电二极管（APD）

APD是借助强电场作用产生载流子雪崩倍增效应的一种高速、高灵敏度的光电器件。它广泛应用于光纤通信、弱信号检测、激光测距等领域。4.生物医学传感-第4章工作原理

APD工作过程：在光电二极管的PN结加一相当高的反向偏压，使结区产生一个很强的电场。当光激发的光生载流子进入结区后，在强电场的加速下获得很大的能量，与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离，产生新的电子-空穴对，新产生的电子-空穴对在向电极运动过程中，又获得足够能量，再次与晶格原子碰撞，又产生新的电子-空穴对，这一过程不断重复，使p-n结内电流成倍急剧增加，这种现象称为雪崩倍增。

APD利用这种效应而具有电流的放大作用。4.生物医学传感-第4章

3、色敏光电器件

当光照射时，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离就被吸收完毕；因此，浅结对紫外光有较高灵敏度。而红外光部分吸收系数小，光子主要在深结处被吸收；因此，深结对红外光有较高的灵敏度。

双结型色敏器件实际上是光电传感器的一种特殊类型。它是两只结深不同的的光电二极管组合体，其结构和工作原理的等效电路如图所示。4.生物医学传感-第4章用双结光电二极管测量颜色时，通常测量两个光电二极管的短路电流比（ISC2/ISC1）与入射波长的关系，每一种波长的光都对应于一个短路电流比值，根据短路电流比值判别入射光的波长，达到识别颜色的目的。4.生物医学传感-第4章（一）光电式传感器的基本组成和类型光源光学通路光电器件测量电路φ1φ2IX1被测量X2被测量把光电器件输出电信号转换成电路的可用信号1、基本组成光电式传感器的应用4.生物医学传感-第4章2、基本类型（1）透射式φp＝φ0－φA

φA－被测对象A所吸收的光通量

φP－光敏元件所接