1）光电管与光电倍增管 ✓特性----光电管 b）伏安特性
当入射光的频谱及光通量一定时，阳极与阴极之
间的电压同光电流的关系。
➢ 当阳极电压比较低时，阴极所 发射的电子只有一部分到达阳 极，其余部分受光电子在真空 中运动时所形成的负电场作用， 回到阴极。
➢ 随阳极电压的增强，光电流随之增大。
➢ 当阴极发射的电子全部到达阳极时，阳极电流达到 饱和状态
光敏二极管的反向偏置接线及光
电特性演示
在没有光照时，由 于二极管反向偏置，反 向电流（暗电流）很小 。
— UO +
光照
光敏二 极管的 反向偏 置接法
当光照增加 时，光电流IΦ 与光照度成正 比关系。
光电倍增管的灵敏度：一个光子射 后，阳极所得到的总电子数。
暗电流：由于环境温度、热辐射和其他因素的影响， 即使没有光信号输入，加上电压后阳极仍有电流。
本底电流：光电倍增管与闪烁体放在一处，在完全 屏蔽光的情况下，出现的电流。
பைடு நூலகம்
2）光敏电阻 ✓构造 光敏电阻用半导体材料制成,没有极性, 纯粹是一个 电阻器件, 使用时既可加直流电压, 也可以加交流电压
1）光电管与光电倍增管 ✓特性----光电管 c）光谱特性
保持光通量和阳极电压不变，阳极电流与波长 之间的关系。
红限频率
I. ——铯氧银 II. ——锑化铯 III.——人眼的视觉特征
光电管的光谱特性
1）光电管与光电倍增管 ✓特性----光电倍增管
倍增系数M： Mcn
光电阴极的灵敏度：一个光子射在 阴极上所能激发的电子数。
第七章 光电式传感 器
实验
灵敏电流 计
弧光灯
锌板
铜网
紫外光照射时电流计指针发生偏转
1、光电效应
光的粒子学说：光可以认为是由具有一定能量的
粒子所组成，而每个光子所具有的能量E与其频率大
小成正比。
E=hf
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；f—光的频率（s-1）
光照射在物体上就可看成是一连串的具有能量为 E的粒子轰击在物体上。
2、光电元件及其特性 1）光电管与光电倍增管
✓构造
光电阴极
光窗 阳极
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 图7-2 光电管的结构图
光电管两类。两者结构相似，如图。它们由一个阴 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。
N区带负电，P区带正电。如 果光照是连续的，经短暂的 时间，PN结两侧就有一个稳 定的光生电动势输出。
3）光电池 光电池外形
光敏面
4）光敏二极管及光敏三极管 ✓构造
光敏二极管的基本结构也是一个PN结，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。
1）光电管与光电倍增管 ✓构造
光电倍增管的玻璃泡 内除装有光电阴极和光 电阳极外，还装有若干 个光电倍增管极，且在 光电倍增管极涂有在电 子轰击下可发射更多次 级电子的材料。
图7-3 光电倍增管的结构图
1）光电管与光电倍增管
✓特性----光电管 a）光电特性
阳极电流与入射在阴极上光通量之间的关系。
光电效应：物体吸收能量为E的光后，转换为该 物体中某些电子的能力，从而产生的电效应。
1）外光电效应 在光线的作用下，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。 光电子：向外发射的电子。
基于外光电效应的光电器件：光电管、光电倍增管等
爱因斯坦假设：一个光子的能量只能给一个电子
结论：一个电子要从物体中逸出表面，必须是光子
光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发 电式有源器件。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。
P --- +++ N
3）光电池
硅光电池的制造原理：在N型衬底上制造一薄层P 型层作为光照敏感面，就构成最简单的光电池。当入射 光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一 对光生电子—空穴对，光生电子—空穴对的的扩散运动 使电子通过漂移运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以
➢ 光电子逸出物体表面具有初始动能。
2）内光电效应
光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或 产生光生电动势的现象称为内光电效应。
a）光电导效应 某些半导体，在黑暗环境中电阻值很高；当光照
射在物体上，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，从而加强了导电性能，使电阻值 降低。
基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
能量E大于表面逸出功A0。逸出表面的电子就具有动
能Ek
Ek 12m2vhfA0
1）外光电效应 Ek 12m2vhfA0
➢ 光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该 物体的电子表面逸出功。这意味着每种物体都有 一个对应的光频阈值，称为红限频率。
➢ 入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强 成正比，光强越强意味着入射的管子数目越多， 逸出的电子数目就越多。
2）内光电效应
b）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。
光线照射PN结时，产生电子空穴对，在阻挡层内 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。
基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管
光敏电阻优点：灵敏度高，体积小，重量轻，光谱 响应范围宽，机械强度高，耐冲击和振动，寿命长。
缺点：使用时需要有外部电源，同时当有电流通过 它时，会产生热的问题。
图7-5 光敏电阻的结构及表示符号
光敏电阻
光敏电阻演示
当光敏电阻受到 光照时，光生电子— 空穴对增加，阻值减 小，电流增大。
3）光电池 ✓构造
图7-6 光敏二极管
4）光敏二极管及光敏三极管
➢ 当光不照射时：光敏二极管处于载止状态，这时 只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层 形成微小的反向电流即暗电流；
➢ 受光照射时：PN结附近受光子轰击，吸收其能量 而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少数载流子 浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作 用下， P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区， N区 的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN 结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。